Outo-ainehavainto viittaa dikvarkkien olemassaoloon baryoneissa – Physics World

Lähes 20 vuotta sitten kerätyn tiedon laaja analyysi on johtanut yllättävään havaintoon: outoa ainetta voi muodostua, kun kaksi kvarkkia absorboi yhden fotonin samanaikaisesti. Tutkimusta johti Lamiaa El Fassi Mississippi State Universityssä ja asettaa perustavanlaatuisia kysymyksiä vahvan ydinvoiman luonteesta.

Lambdabaryoneiksi kutsutut oudon aineen hiukkaset sisältävät yhden ylös-, alas- ja omituisen kvarkin. Niiden kvarkkikoostumus tarkoittaa, että nämä hiukkaset ovat erityisen houkutteleva kohde fyysikoille, jotka tutkivat vahvaa vuorovaikutusta – kvarkkeja yhteen sitovaa perusvoimaa.

Silti niiden ohikiitävän eliniän vuoksi lambdabaryoneja ei voida tarkkailla suoraan. Sen sijaan tutkijat voivat tunnistaa ne havaitsemalla niiden hajoamistuotteet. Nämä ovat pioni ja joko protoni tai neutroni.

Eksoottisia baryoneja

Vuonna 2004 kokeita Jatkuva elektronisuihkukiihdytin (CEBAF), osa Jefferson Labia Virginiassa, pyrki ymmärtämään paremmin näitä vaikeasti havaittavia hiukkasia. Kiihdytin tuottaa tasaisen virran energeettisiä elektroneja, mikä tekee siitä ihanteellisen tutkittaessa eksoottisia baryoneja, jotka muodostuvat prosessissa, jota kutsutaan semi-inclusive deep-elastic elektroni-nukleonisironta (SIDIS).

Tässä nimenomaisessa prosessissa protonit ja neutronit siroittivat CEBAF:n elektroneja deuteriumista, hiilestä, raudasta ja lyijystä valmistettuihin kohteisiin. "Koska protoni tai neutroni on täysin hajotettu, ei ole epäilystäkään siitä, että elektroni on vuorovaikutuksessa sisällä olevan kvarkin kanssa", El Fassi selittää.

Tämän hajoamisen jälkeen vaikuttanut ylös- tai alas-kvarkki – joka on vuorovaikutuksessa sädeelektronin kanssa virtuaalisen fotonin kautta – liikkuu hetken vapaana hiukkasena, ennen kuin se kohtaa yhteensopivuuden muiden kvarkkien kanssa muodostaen uuden hadronin. Joissakin poikkeustapauksissa se voi sitoutua yhteen toisen up- tai down-kvarkin ja oudon kvarkin kanssa muodostaen lambda-baryonin.

Hajoamistuotteet

CEBAF-kokeessa nämä hiukkaset voitiin tunnistaa vain niiden hajoamistuotteiden ja hajallaan olevien elektronien yhdistelmästä. Tällaisen epäsuoran mittauksen tuomat haasteet ovat johtaneet siihen, että ratkaisevia tuloksia on odotettu pitkään. Kuitenkin yli vuosikymmenen perusteellisen analyysin jälkeen, alkaen siitä, kun El Fassi oli tutkijatohtori, hän ja hänen tiiminsä ovat vihdoin pystyneet havainnoimaan lambda-baryoneja törmäyksissä.

"Nämä tutkimukset auttavat rakentamaan elokuvaa vastaavan tarinan siitä, kuinka osuneesta kvarkista tulee hadroneja", El Fassi selittää. "Uudessa lehdessä [in Fyysisen tarkastelun kirjaimet], raportoimme ensimmäiset havainnot tällaisesta tutkimuksesta lambda-baryonille eteenpäin- ja taaksepäin-fragmentaatioalueilla. Nämä alueet viittaavat havaitun protonin tai neutronin liikesuuntaan lambdan hajoamisen jälkeen suhteessa tulevaan elektronisäteeseen.

Ryhmän analyysi paljasti erityisen yllättävän tuloksen. Toisin kuin silloin, kun SIDIS tuottaa kevyempiä hiukkasia, joilla on pidempi elinikä, CEBAF:n elektronit eivät näyttäneet olevan vuorovaikutuksessa yksittäisten kvarkkien kanssa, vaan kvarkkiparin (kutsutaan dikvarkiksi) kanssa – joka sitoutuu edelleen oudon kvarkin kanssa.

Erilainen mekanismi

"Tämä kvarkkipari viittaa erilaiseen tuotanto- ja vuorovaikutusmekanismiin kuin yksittäisen kvarkin vuorovaikutus", Hafidi sanoo.

Kosmisen säteilyn ilmaisin on saattanut havaita pimeän aineen kimpaleita

Itse asiassa tämän löydön vaikutukset voivat olla erityisen silmiinpistäviä kvanttikromodynamiikkaan (QCD), joka on vahvaa ydinvoimaa kuvaava teoreettinen kehys.

"On tuntematon ainesosa, jota emme ymmärrä", tiimin jäsen sanoo William Brooks Federico Santa Marían teknisessä yliopistossa Chilessä. ”Tämä on äärimmäisen yllättävää, sillä olemassa oleva teoria pystyy kuvaamaan olennaisesti kaikkia muita havaintoja, mutta ei tätä. Tämä tarkoittaa, että meillä on jotain uutta opittavaa, ja tällä hetkellä meillä ei ole aavistustakaan, mitä se voisi olla."

Jatkossa tiimi toivoo, että CEBAF:iin ja sen ilmaisimiin tulevat parannukset voisivat viedä heidät askeleen lähemmäksi vastausta näihin peruskysymyksiin. Kuten El Fassi selittää, "kaikki uudet mittaukset, jotka antavat uutta tietoa vahvojen vuorovaikutusten dynamiikan ymmärtämiseksi, ovat erittäin tärkeitä".

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/strange-matter-observation-points-to-existence-of-diquarks-in-baryons/