تم العثور على دليل على "التحام الكواركات" في تصادمات LHC - عالم الفيزياء

رأى الفيزيائيون العاملون في تجربة LHCb دليلاً على أن "اندماج الكواركات" يلعب دورًا في تطور الكواركات إلى هادرونات بعد اصطدام البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC). تحتوي هذه الآلية، التي تم اقتراحها في الأصل في الثمانينيات، على كواركات موجودة ذات وظائف موجية متداخلة تجمع كواركات جديدة بدلاً من تكوينها. ويكون أكثر وضوحًا عند العزم العرضي المنخفض، وينطفئ تدريجيًا مع هروب الكواركات بسرعة من نقطة الاصطدام.

الكواركات هي الجسيمات التي تشكل البروتونات والنيوترونات داخل النوى الذرية والعديد من الهادرونات الأخرى (الجسيمات الثقيلة) التي تشعر بالتفاعل القوي. ومن أغرب سماتها أنه لا يمكن ملاحظتها أبدًا بمعزل عن غيرها. السبب الرئيسي هو أنه، على عكس الجاذبية والكهرومغناطيسية والتفاعل الضعيف، والتي تنخفض قوتها مع المسافة، فإن تأثير التفاعل القوي ينمو كلما تحركت الكواركات المرتبطة بعيدًا عن بعضها البعض. إذا كانت الكواركات متباعدة بما فيه الكفاية، فإن حقل الغلون الذي يتوسط التفاعل القوي يحتوي على طاقة كافية لإنشاء أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة. ترتبط هذه بالكواركات الأصلية، مما يؤدي إلى إنشاء جسيمات مرتبطة جديدة يمكن أن تكون إما ميزونات (مزيج من كوارك واحد وكوارك مضاد واحد) أو باريونات (تتكون من ثلاثة كواركات). هذه العملية تسمى التجزئة.

ومع ذلك، فقد أشارت التجارب التي تتضمن اصطدامات الأيونات الثقيلة إلى أن هذه ليست القصة بأكملها. يعتقد الفيزيائيون أن الكواركات يمكن أيضًا أن تتحد في بلازما الكوارك والغلوون الكثيفة التي تتشكل عن طريق تحطيم هذه الجسيمات الكبيرة معًا في عملية تسمى الاندماج.

يوضح مات دورهام من جامعة هارفارد: «عند حدوث تصادم، تتشكل مجموعة من أزواج الكواركات والكواركات المضادة التي تبدأ في التحرك بعيدًا عن بعضها البعض، وبسبب ازدواجية الموجة والجسيم، يكون لكل جسيم طول موجي يخبرك نوعًا ما بمدى حجمه». مختبر لوس ألاموس الوطني في الولايات المتحدة، وهو عضو في تعاون LHCb.

تتحد الكواركات الموجودة

«إذا كان لديك ثلاثة كواركات متداخلة مع بعضها البعض، فسوف تقوم بتجميدهم معًا لتكوين باريون؛ إذا كان لديك كواركان متداخلان، فإنك تجمدهما معًا في الميزون؛ يشرح دورهام قائلاً: "إذا كان لديك كوارك لا يتداخل مع أي كوارك آخر، فيجب أن يتفتت". «لذا فإن الاندماج يأخذ الكواركات التي يتم إنتاجها في الاصطدام ويجمعها معًا؛ فالتشظي يتطلب منك صنع كواركات جديدة من الفراغ.»

يقول دورهام إن الاندماج في تصادمات الأيونات الثقيلة "مقبول بشكل عام"، لأنه من الصعب تفسير نسب البروتونات إلى البيونات الناتجة في التجارب. ومع ذلك، فإن تصادمات الأيونات الثقيلة تكون فوضوية، كما أن التنبؤات النظرية غير دقيقة حتماً. في البحث الجديد، درس فريق LHCb إنتاج كواركات b في تصادمات البروتونات. يُطلق عليه أحيانًا الكوارك السفلي أو الكوارك الجميل، والكوارك b هو ثاني أكبر كوارك في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

من شبه المؤكد أن إنتاج كواركات b سينتج إما باريون b-lambda أو B⁰ الميزون، وكلاهما يحتوي على أب كوارك. وقد تمت دراسة نسبة الإنتاج بين هذين الاثنين على نطاق واسع في التجارب التي يتم فيها إنتاج الكوارك b عن طريق اصطدام الإلكترون بالبوزيترون، وهي عملية يمكن أن تؤدي فقط إلى التجزئة. يقول دورهام: "إذا كان لديك التجزئة فقط، فيجب أن تكون هذه النسبة عالمية".

قام فريق LHCb بتدقيق بيانات عدة سنوات حول اصطدامات البروتونات بالبروتونات، ودرس نواتج الاضمحلال الناتجة عن الاصطدامات التي أنتجت كواركات b. بالنسبة للاصطدامات ذات العزم العرضي العالي نسبة إلى الحزم المتصادمة وعدد قليل من الجسيمات الصادرة الأخرى المكتشفة في نفس الوقت، كانت نسبة الباريون إلى الميزون مساوية تقريبًا للنسبة في تجارب الإلكترون-بوزيترون.

المزيد من الباريونات

ومع ذلك، مع انخفاض العزم العرضي وزيادة عدد الجسيمات الأخرى المكتشفة في وقت واحد، زادت نسبة الباريونات تدريجيًا مقارنة بنسبة الميزونات. وخلص الباحثون إلى أن هذا كان دليلا واضحا على أن عملية أخرى من المرجح أن تنتج الباريونات كانت تعمل في هذه الاصطدامات. في هذا السيناريو، يكون الكوارك b محاطًا بكواركات أخرى، ولكنه أصبح غير مرغوب فيه بشكل متزايد نظرًا لأن الكوارك الناتج كان أكثر انفصالًا عن الجسيمات الأخرى. يقول دورهام: "أنت تحتاج حقًا إلى التلاحم لتفسير ذلك"، ويضيف: "أعتقد أننا أوضحنا ذلك بشكل قاطع هنا".

يقول المنظر: "أجد البيانات مقنعة بالتأكيد". رالف راب من جامعة تكساس ايه اند ام؛ "كان هناك انفصال بين الأنظمة الصغيرة جدًا - أقصىها هو الإلكترون والبوزيترون، حيث يكون لديك زوج واحد فقط من الكوارك والكوارك المضاد - وأنظمة الأيونات الثقيلة حيث يوجد الآلاف من الكواركات. الطريقة التي يوضحون بها وجهة نظرهم حقًا هي أن يُظهروا بشكل منهجي كيف يختفي التأثير ويستعيد حد الإلكترون-البوزيترون كدالة لعدد الهادرونات التي يتم ملاحظتها، وهو قياس يمكن ملاحظته لعدد الكواركات والكواركات المضادة التي يمكن الاندماج معها.

التجريبي أنسيلم فوسن يوافق وزملاؤه من جامعة ديوك في ولاية كارولينا الشمالية على أن العمل "جميل جدًا"، لكنه يشير إلى أن الافتراضات الأساسية المستخدمة لحساب كسور التجزئة تتضمن عزل الكواركات، لذلك ربما ليس من المستغرب أن تعطي نتائج غير صحيحة عند عزم عرضي منخفض عندما يكون هذا ليست الحالة. ويقول: "كل هذه نماذج". "إنه أمر موحٍ جدًا أنه إذا استخدمت شيئًا ما في نموذج الاندماج فإنه يعمل، لكن هذا لا يعني أنه "الحقيقة""

تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/