شواهدی برای "ادغام کوارک" در برخوردهای LHC یافت شد - دنیای فیزیک

فیزیکدانانی که بر روی آزمایش LHCb کار می‌کنند شواهدی را دیده‌اند که نشان می‌دهد «ادغام کوارک‌ها» نقشی در تکامل کوارک‌ها به هادرون پس از برخورد پروتون در برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) بازی می‌کند. این مکانیسم، که در ابتدا در دهه 1980 ارائه شد، دارای کوارک‌های موجود با توابع موجی همپوشانی است که به جای ایجاد کوارک‌های جدید، ترکیب می‌شوند. در لحظه‌ای عرضی کم بیشتر مشخص می‌شود و با فرار کوارک‌ها به سرعت از نقطه برخورد، به تدریج خاموش می‌شود.

کوارک‌ها ذراتی هستند که پروتون‌ها و نوترون‌های درون هسته‌های اتمی و هادرون‌های متعدد دیگر (ذرات سنگین) را تشکیل می‌دهند که برهم‌کنش قوی را احساس می‌کنند. یکی از عجیب ترین ویژگی های آنها این است که هرگز نمی توان آنها را به صورت مجزا مشاهده کرد. دلیل اصلی این است که بر خلاف گرانش، الکترومغناطیس و برهمکنش ضعیف، که همگی با فاصله قدرتشان کاهش می‌یابد، اثر برهمکنش قوی با دور شدن کوارک‌های مقید رشد می‌کند. اگر کوارک ها به اندازه کافی از هم فاصله داشته باشند، میدان گلوئونی که واسطه برهمکنش قوی است، انرژی کافی برای ایجاد جفت ذره-پادذره دارد. این ها به کوارک های اصلی متصل می شوند و ذرات محدود جدیدی را ایجاد می کنند که می توانند مزون (ترکیب یک کوارک و یک آنتی کوارک) یا باریون (شامل سه کوارک) باشند. به این فرآیند تکه تکه شدن می گویند.

آزمایش‌های مربوط به برخورد یون‌های سنگین نشان داده‌اند که این تمام ماجرا نیست. فیزیکدانان بر این باورند که کوارک ها همچنین می توانند در پلاسمای متراکم کوارک-گلوئون که از کوبیدن این ذرات بزرگ به یکدیگر در فرآیندی به نام ادغام تشکیل شده است، ترکیب شوند.

مت دورهام توضیح می دهد: "شما یک برخورد دارید، یک دسته جفت کوارک-آنتی کوارک ایجاد می کنید که شروع به دور شدن از یکدیگر می کنند، و به دلیل دوگانگی موج-ذره، هر ذره دارای طول موجی است که به شما می گوید چقدر بزرگ است." آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در ایالات متحده، که یکی از اعضای همکاری LHCb است.

کوارک های موجود ترکیب می شوند

«اگر سه کوارک دارید که روی یکدیگر همپوشانی دارند، آنها را با هم در یک باریون منجمد می‌کنید. اگر دو کوارک دارید که همپوشانی دارند، آنها را با هم در یک مزون منجمد می کنید. دورهام توضیح می دهد که اگر کوارکی دارید که با هیچ کوارکی همپوشانی ندارد، باید تکه تکه شود. بنابراین ادغام کوارک هایی را می گیرد که در برخورد تولید می شوند و آنها را به هم می چسباند. تکه تکه شدن مستلزم ساخت کوارک های جدید از خلاء است.

دورهام می‌گوید ادغام در برخوردهای یون‌های سنگین به طور کلی پذیرفته شده است، زیرا توضیح نسبت پروتون‌ها به پیون‌های تولید شده در آزمایش‌ها دشوار است. با این حال، برخوردهای یونی سنگین کثیف هستند و پیش‌بینی‌های نظری ناگزیر نادقیق هستند. در تحقیقات جدید، تیم LHCb تولید کوارک‌های b را در برخورد پروتون و پروتون مورد مطالعه قرار داد. کوارک b که گاهی کوارک پایین یا زیبایی نامیده می شود، دومین کوارک پرجرم در مدل استاندارد فیزیک ذرات است.

تولید کوارک‌های b تقریباً می‌تواند یک باریون b-lambda یا یک B را تولید کند⁰ مزون که هر دو حاوی کوارک ab هستند. نسبت تولید بین این دو به طور گسترده در آزمایش‌هایی مورد مطالعه قرار گرفته است که در آن کوارک b توسط برخورد الکترون-پوزیترون تولید می‌شود - فرآیندی که تنها می‌تواند منجر به تکه تکه شدن شود. دورهام می گوید: «اگر فقط چندپارگی دارید، این نسبت باید جهانی باشد.

تیم LHCb داده‌های چندین ساله برخورد پروتون-پروتون را بررسی کردند و محصولات فروپاشی حاصل از برخوردهایی را که کوارک‌های b تولید کرده بودند، بررسی کردند. برای برخوردهایی با گشتاور عرضی بالا نسبت به پرتوهای برخوردی و تعداد کمی از ذرات خروجی دیگر که در همان زمان شناسایی شدند، نسبت باریون به مزون تقریباً برابر با نسبت آزمایش‌های الکترون-پوزیترون بود.

باریون های بیشتر

با این حال، با کاهش لحظه ای عرضی و با افزایش تعداد ذرات دیگر شناسایی شده به طور همزمان، نسبت باریون ها به تدریج نسبت به نسبت مزون ها افزایش یافت. محققان به این نتیجه رسیدند که این شواهد روشنی بود که نشان می‌دهد فرآیند دیگری که احتمال بیشتری برای تولید باریون دارد در این برخوردها کار می‌کند. در این سناریو کوارک b توسط کوارک‌های دیگری احاطه شده است - اما با جدا شدن کوارک تولید شده از ذرات دیگر به طور فزاینده‌ای مورد نارضایتی قرار گرفت. دورهام می‌گوید: «شما واقعاً برای توضیح این موضوع نیاز به ادغام دارید.» او اضافه می‌کند، «فکر می‌کنم ما آن را در اینجا کاملاً قطعی نشان داده‌ایم».

نظریه پرداز می گوید: «قطعاً داده ها را قانع کننده می دانم رالف رپ دانشگاه A&M تگزاس؛ «قبلاً بین سیستم‌های بسیار کوچک - که در نهایت الکترون-پوزیترون است، که در آن شما فقط یک جفت کوارک-آنتی کوارک دارید - و سیستم‌های یونی سنگین که در آن هزاران کوارک دارید، قطع ارتباط وجود داشت. روشی که آنها واقعاً نظر خود را بیان می کنند این است که به طور سیستماتیک نشان دهند که چگونه اثر از بین می رود و حد الکترون-پوزیترون را به عنوان تابعی از تعداد هادرون مشاهده شده بازیابی می کند، که یک اندازه گیری قابل مشاهده برای اندازه گیری تعداد کوارک ها و آنتی کوارک هایی است که باید با آنها ادغام شوند.

تجربی آنسلم ووسن از دانشگاه دوک در کارولینای شمالی موافق است که کار "بسیار خوب" است، اما خاطرنشان می کند که مفروضات اساسی مورد استفاده برای محاسبه کسرهای تکه تکه شدن شامل جداسازی کوارک ها است، بنابراین شاید تعجب آور نباشد که آنها نتایج نادرستی را در لحظه های عرضی پایین ارائه می دهند. اینطور نیست. او می گوید: «همه اینها مدل هستند. "این بسیار پیشنهاد می کند که اگر از چیزی در مدل ادغام استفاده کنید، کار می کند، اما این به این معنی نیست که "حقیقت" است."

تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/