LHC kokkupõrgetes leitud kvarkide ühinemise tõendid – Physics World

LHCb eksperimendi kallal töötavad füüsikud on näinud tõendeid selle kohta, et "kvarkide ühinemine" mängib rolli kvarkide muutumisel hadroniteks pärast prootonite kokkupõrget suures hadronipõrgutis (LHC). Sellel mehhanismil, mida algselt pakuti välja 1980ndatel, on olemasolevad kvargid kattuvate lainefunktsioonidega, mis pigem kombineerivad kui loovad uusi kvarke. See on kõige tugevam madalate põikmomentide korral ja lülitub järk-järgult välja, kui kvargid põgenevad kiiresti kokkupõrkepunktist.

Kvargid on osakesed, mis moodustavad aatomituumade sees olevad prootonid ja neutronid ning paljud teised hadronid (rasked osakesed), mis tunnevad tugevat vastasmõju. Üks nende kummalisemaid omadusi on see, et neid ei saa kunagi eraldi vaadelda. Peamine põhjus on see, et erinevalt gravitatsioonist, elektromagnetismist ja nõrgast interaktsioonist, mille tugevus vahemaa kasvades väheneb, kasvab tugeva interaktsiooni mõju seotud kvarkide üksteisest kaugemale liikudes. Kui kvargid on teineteisest piisavalt kaugel, sisaldab tugevat vastastikmõju vahendav gluooniväli piisavalt energiat osakeste-antiosakeste paaride loomiseks. Need seostuvad algsete kvarkidega, luues uusi seotud osakesi, mis võivad olla kas mesonid (ühe kvargi ja ühe antikvargi kombinatsioonid) või barüonid (koosnevad kolmest kvargist). Seda protsessi nimetatakse killustatuks.

Raskete ioonide kokkupõrgetega seotud katsed on näidanud, et see pole siiski kogu lugu. Füüsikud usuvad, et kvargid võivad ühineda ka tihedas kvark-gluoonplasmas, mis tekib nende suurte osakeste kokkulöömisel protsessis, mida nimetatakse ühinemiseks.

"Teil toimub kokkupõrge, loote hunniku kvarkide ja antikvarkide paare, mis hakkavad üksteisest eemalduma ning laine-osakeste duaalsuse tõttu on igal osakesel lainepikkus, mis ütleb teile, kui suur see on," selgitab Matt Durham. Los Alamose National Laboratory USA-s, kes on LHCb koostöö liige.

Olemasolevad kvargid ühinevad

„Kui teil on kolm kvarki, mis kattuvad üksteisega, külmutate need kokku barüoniks; kui teil on kaks kvarki, mis kattuvad, külmutate need kokku mesoniks; kui teil on kvark, mis ei kattu ühegi teisega, peab see killustuma," selgitab Durham. „Nii et ühinemine võtab kokkupõrkel tekkinud kvarke ja liimib need kokku; killustatus nõuab vaakumist uute kvarkide valmistamist.

Durham ütleb, et raskete ioonide kokkupõrgete ühinemine on "üldiselt aktsepteeritud", sest muidu on katsetes toodetud prootonite ja pionide suhteid raske seletada. Raskete ioonide kokkupõrked on aga segased ja teoreetilised ennustused on paratamatult ebatäpsed. Uues uuringus uuris LHCb meeskond b-kvarkide tootmist prootoni-prootoni kokkupõrgetes. B-kvark, mida mõnikord nimetatakse põhja- või ilukvarkiks, on osakeste füüsika standardmudeli massiivselt teine ​​kvark.

B-kvarkide tootmisel tekib peaaegu kindlasti kas b-lambda barüon või B⁰ meson, mis mõlemad sisaldavad ab kvarki. Nende kahe tootmissuhet on põhjalikult uuritud katsetes, kus b-kvark tekib elektronide ja positronite kokkupõrgetes – protsess, mis võib viia ainult killustumiseni. "Kui teil on ainult killustatus, peaks see suhe olema universaalne, " ütleb Durham.

LHCb meeskond kammis läbi mitme aasta andmed prootoni-prootoni kokkupõrgete kohta ja uuris b-kvarke tekitanud kokkupõrgete lagunemissaadusi. Põrgete puhul, mille põikmoment oli põrkuvate kiirte ja samal ajal tuvastatud väheste teiste väljuvate osakeste suhtes kõrge, oli barüoni ja mesoni suhe ligikaudu võrdne elektron-positroni katsete suhtega.

Veel barüone

Kuna aga põikmoment langes ja samaaegselt tuvastatud teiste osakeste arv kasvas, suurenes barüonide osakaal järk-järgult mesonite osakaaluga võrreldes. Uurijad järeldasid, et see oli selge tõend selle kohta, et nendes kokkupõrgetes toimis teine ​​​​protsess, mis tõenäolisemalt tekitab barüone. Selle stsenaariumi korral ümbritsevad b-kvarki teised kvargid, kuid see muutus üha ebasoodsamaks, kuna toodetud kvark oli teistest osakestest rohkem eraldatud. "Selle selgitamiseks on tõesti vaja ühinemist," ütleb Durham, kes lisab: "Ma arvan, et oleme seda siin üsna kindlalt näidanud."

"Minu arvates on andmed kindlasti veenvad," ütleb teoreetik Ralf Rapp Texase A&M ülikoolist; "Varem oli ühendus väga väikeste süsteemide vahel – äärmus on elektron-positron, kus teil on ainult üks kvarkide ja antikvarkide paar – ja raskete ioonide süsteemide vahel, kus teil on tuhandeid kvarke. See, kuidas nad tegelikult oma seisukohta väljendavad, on süstemaatiliselt näidata, kuidas mõju kaob ja taastab elektron-positroni piiri sõltuvalt vaadeldavate hadronite arvust, mis on vaadeldav näitaja, mis mõõdab, kui palju kvarke ja antikvarke on, millega ühineda.

Eksperimentalist Anselm Vossen Põhja-Carolina Duke'i ülikoolist nõustub, et töö on "väga tore", kuid märgib, et killustatuse fraktsioonide arvutamiseks kasutatud eeldused hõlmavad kvarkide isoleerimist, mistõttu pole ehk üllatav, et need annavad valesid tulemusi väikese põikmomendi korral. ei ole nii. "Kõik need on mudelid, " ütleb ta. "On väga vihjav, et kui kasutate midagi koalestsentsi mudelis, siis see töötab, kuid see ei tähenda, et see on "tõde""

Uuringut kirjeldatakse artiklis Physical Review Letters.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/