Todisteita "kvarkkien yhteenliittymisestä" LHC-törmäyksissä – Physics World

LHCb-kokeen parissa työskentelevät fyysikot ovat nähneet todisteita siitä, että "kvarkkien yhteenliittämisellä" on rooli kvarkkien kehittymisessä hadroneiksi suuressa hadronitörmäyksessä (LHC) tapahtuneiden protonitörmäysten jälkeen. Tämä mekanismi, jota ehdotettiin alun perin 1980-luvulla, sisältää olemassa olevia kvarkeja, joissa on päällekkäisiä aaltofunktioita, jotka yhdistävät uusia kvarkkeja luomisen sijaan. Se on voimakkain pienillä poikittaismomenteilla ja sammuu vähitellen, kun kvarkit pakenevat nopeasti törmäyspisteestä.

Kvarkit ovat hiukkasia, jotka muodostavat protonit ja neutronit atomiytimien sisällä ja lukuisia muita hadroneja (raskaita hiukkasia), jotka tuntevat voimakkaan vuorovaikutuksen. Yksi heidän oudoimmista piirteistään on, että niitä ei voida koskaan havaita erillään. Pääsyynä on se, että toisin kuin painovoima, sähkömagnetismi ja heikko vuorovaikutus, joiden voimakkuus laskee etäisyyden myötä, vahvan vuorovaikutuksen vaikutus kasvaa sitoutuneiden kvarkkien siirtyessä kauemmaksi toisistaan. Jos kvarkit ovat riittävän kaukana toisistaan, voimakasta vuorovaikutusta välittävä gluonikenttä sisältää tarpeeksi energiaa hiukkas-antihiukkas-parien muodostamiseksi. Nämä sitoutuvat alkuperäisiin kvarkeihin luoden uusia sitoutuneita hiukkasia, jotka voivat olla joko mesoneja (yhden kvarkin ja yhden antikvarkin yhdistelmiä) tai baryoneja (koostuvat kolmesta kvarkista). Tätä prosessia kutsutaan pirstoutumiseksi.

Raskaiden ionien törmäyksiä koskevat kokeet ovat osoittaneet, että tämä ei kuitenkaan ole koko tarina. Fyysikot uskovat, että kvarkit voivat myös yhdistyä tiheässä kvarkki-gluoniplasmassa, joka muodostuu murskaamalla nämä suuret hiukkaset yhteen prosessissa, jota kutsutaan yhdistämiseksi.

"Sinulla tapahtuu törmäys, teet joukon kvarkki–antikvarkki-pareja, jotka alkavat liikkua poispäin toisistaan, ja aalto-hiukkasten kaksinaisuuden vuoksi jokaisella hiukkasella on aallonpituus, joka tavallaan kertoo kuinka suuri se on", selittää Matt Durham. Los Alamos National Laboratory Yhdysvalloissa, joka on LHCb-yhteistyön jäsen.

Olemassa olevat kvarkit yhdistyvät

"Jos sinulla on kolme kvarkkia, jotka menevät päällekkäin, jäähdytät ne yhteen baryoniksi; jos sinulla on kaksi kvarkkia, jotka menevät päällekkäin, jätät ne yhteen mesoniksi; jos sinulla on kvarkki, joka ei mene päällekkäin minkään muun kanssa, sen on hajottava”, Durham selittää. ”Koalesenssi siis ottaa yhteen törmäyksessä syntyvät kvarkit ja liimaa ne yhteen; pirstoutuminen edellyttää, että tyhjiöstä tehdään uusia kvarkkeja."

Yhdistäminen raskaiden ionien törmäyksissä on "yleisesti hyväksytty", Durham sanoo, koska muuten kokeissa syntyneiden protonien ja pionien suhteita on vaikea selittää. Raskaiden ionien törmäykset ovat kuitenkin sotkuisia, ja teoreettiset ennusteet ovat väistämättä epätarkkoja. Uudessa tutkimuksessa LHCb-ryhmä tutki b-kvarkkien tuotantoa protoni-protoni törmäyksissä. B-kvarkkia kutsutaan joskus pohja- tai kauneuskvarkeiksi, ja se on hiukkasfysiikan vakiomallin toiseksi massiivisin kvarkki.

B-kvarkkien tuotanto tuottaa lähes varmasti joko b-lambda-baryonin tai B:n⁰ mesonin, jotka molemmat sisältävät ab-kvarkia. Näiden kahden välistä tuotantosuhdetta on tutkittu laajasti kokeissa, joissa b-kvarkki syntyy elektroni-positronin törmäyksillä – prosessilla, joka voi johtaa vain pirstoutumiseen. "Jos sinulla on vain pirstoutumista, tämän suhteen pitäisi olla universaali", Durham sanoo.

LHCb-tiimi kävi läpi useiden vuosien tietoja protonien ja protonien törmäyksistä ja tutki b-kvarkeja tuottaneiden törmäysten hajoamistuotteita. Törmäyksissä, joissa oli suuri poikittaismomentti suhteessa törmäyssäteisiin ja muutamaan muuhun ulos lähteviin hiukkasiin, jotka havaittiin samanaikaisesti, baryonin ja mesonin välinen suhde oli suunnilleen sama kuin elektroni-positronikokeiden suhde.

Lisää baryoneja

Kuitenkin, kun poikittaismomentti laski ja muiden samanaikaisesti havaittujen hiukkasten määrä kasvoi, baryonien osuus kasvoi vähitellen suhteessa mesonien osuuteen. Tutkijat päättelivät, että tämä oli selvä todiste siitä, että näissä törmäyksissä toimi toinen prosessi, joka todennäköisemmin tuottaa baryoneja. Tässä skenaariossa b-kvarkkia ympäröivät muut kvarkit – mutta siitä tuli yhä epäsuotuisampi, kun tuotettu kvarkki erottui enemmän muista hiukkasista. "Tarvitset todella yhdistämistä selittääksesi sen", sanoo Durham, joka lisää: "Mielestäni olemme osoittaneet sen täällä melko lopullisesti".

"Minusta tiedot ovat ehdottomasti vakuuttavia", sanoo teoreetikko Ralf Rapp Texas A&M -yliopistosta; ”Aiemmin oli katkos hyvin pienten järjestelmien välillä – äärimmäinen elektroni-positroni, jossa on vain yksi kvarkki-antikvarkki-pari – ja raskaiden ionien järjestelmien välillä, joissa on tuhansia kvarkkeja. Tapa, jolla he todella esittävät kantansa, on näyttää systemaattisesti, kuinka vaikutus häviää ja palauttaa elektroni-positronin rajan havaittujen hadronien funktiona, mikä on havaittavissa oleva mitta, joka mittaa, kuinka monta kvarkkia ja antikvarkkia on yhteenliittymistä varten.

Kokeilija Anselm Vossen Pohjois-Carolinan Duke-yliopistosta on samaa mieltä siitä, että työ on "erittäin mukava", mutta toteaa, että fragmentaatiofraktioiden laskemiseen käytetyt taustaoletukset sisältävät kvarkkien eristämisen, joten ei ehkä ole yllättävää, että ne antavat vääriä tuloksia alhaisella poikittaismomentilla, kun tämä ei pidä paikkaansa. "Kaikki nämä ovat malleja", hän sanoo. "On hyvin vihjailevaa, että jos käytät jotain yhdistämismallissa, se toimii, mutta se ei tarkoita, että se olisi "totuus""

Tutkimusta kuvataan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/