Bizonyítékot találtak a „kvark összeolvadására” LHC-ütközések során – Physics World

Az LHCb kísérleten dolgozó fizikusok bizonyítékot láttak arra vonatkozóan, hogy a „kvark összeolvadás” szerepet játszik a kvarkok hadronná alakulásában a Large Hadron Collider (LHC) protonütközését követően. Ez a mechanizmus, amelyet eredetileg az 1980-as években javasoltak, létező kvarkokat tartalmaz átfedő hullámfüggvényekkel, amelyek kombinálják, nem pedig új kvarkokat hoznak létre. Alacsony keresztirányú momentumoknál a legkifejezettebb, és fokozatosan kikapcsol, ahogy a kvarkok gyorsan kiszöknek az ütközési pontból.

A kvarkok azok a részecskék, amelyek az atommagok protonjait és neutronjait, valamint számos más hadront (nehéz részecskét) alkotják, amelyek az erős kölcsönhatást érzik. Egyik legfurcsább tulajdonságuk, hogy soha nem figyelhetők meg elszigetelten. Ennek fő oka az, hogy a gravitációtól, az elektromágnesességtől és a gyenge kölcsönhatástól eltérően, amelyek erőssége a távolsággal csökken, az erős kölcsönhatás hatása nő, ahogy a kötött kvarkok távolabb kerülnek egymástól. Ha a kvarkok kellően távol vannak egymástól, az erős kölcsönhatást közvetítő gluonmező elegendő energiát tartalmaz a részecske-antirészecske párok létrehozásához. Ezek az eredeti kvarkokhoz kötődnek, új kötött részecskéket hozva létre, amelyek lehetnek mezonok (egy kvark és egy antikvark kombinációi) vagy barionok (három kvarkból állnak). Ezt a folyamatot töredezettségnek nevezik.

A nehéz ionok ütközésével kapcsolatos kísérletek azt sugallták, hogy ez nem az egész történet. A fizikusok úgy vélik, hogy a kvark is egyesülhet a sűrű kvark-gluon plazmában, amely úgy képződik, hogy ezeket a nagy részecskéket összetörik egy összeolvadásnak nevezett folyamatban.

„Összeütközik, létrehoz egy csomó kvark-antikvark párat, amelyek elkezdenek távolodni egymástól, és a hullám-részecske kettősség miatt mindegyik részecskének van egy hullámhossza, amely megmondja, mekkora” – magyarázza Matt Durham Los Alamos Nemzeti Laboratórium az Egyesült Államokban, aki az LHCb együttműködés tagja.

A meglévő kvarkok egyesülnek

„Ha három kvarkod van, amelyek átfedik egymást, akkor összefagyasztod őket egy barionná; ha van két kvarkod, amelyek átfedik egymást, akkor összefagyasztod őket egy mezonná; ha van egy kvarkja, amely nem esik át egyetlen másikkal sem, akkor szét kell töredeznie” – magyarázza Durham. „Tehát az összeolvadás elveszi az ütközés során keletkező kvarkokat, és összeragasztja őket; a töredezettség megköveteli, hogy a vákuumból új kvarkokat készítsünk.”

Durham szerint a nehézion-ütközések koaleszcenciája „általánosan elfogadott”, mert egyébként nehéz megmagyarázni a kísérletekben előállított protonok és pionok arányát. A nehézion-ütközések azonban zavarosak, és az elméleti előrejelzések elkerülhetetlenül pontatlanok. Az új kutatásban az LHCb csapata a b-kvarkok keletkezését vizsgálta proton-proton ütközések során. Néha fenék- vagy szépségkvarknak is nevezik, a b-kvark a második legnagyobb tömegű kvark a részecskefizika standard modelljében.

A b kvarkok előállítása szinte biztos, hogy vagy b-lambda bariont vagy B-t hoz létre⁰ mezon, amelyek mindketten tartalmaznak ab kvarkot. A kettő közötti termelési arányt alaposan tanulmányozták olyan kísérletekben, amelyekben a b-kvarkot elektron-pozitron ütközés útján állítják elő – ez a folyamat csak fragmentációhoz vezethet. „Ha csak töredezettség van, ennek az aránynak univerzálisnak kell lennie” – mondja Durham.

Az LHCb-csapat több éves proton-proton ütközések adatait fésülte át, és tanulmányozta a b-kvarkokat eredményező ütközések bomlástermékeit. A nagy keresztirányú momentumú ütközéseknél az ütköző nyalábokhoz és néhány más, egyidejűleg észlelt kilépő részecskéhez képest a barion-mezon arány megközelítőleg megegyezett az elektron-pozitron kísérletek aránnyal.

Még több barion

A keresztirányú momentum csökkenésével és az egyidejűleg észlelt egyéb részecskék számának növekedésével azonban a barionok aránya fokozatosan nőtt a mezonok arányához képest. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy ez egyértelmű bizonyíték arra, hogy ezekben az ütközésekben egy másik, nagyobb valószínűséggel barionokat termelő folyamat is működött. Ebben a forgatókönyvben a b kvarkot más kvarkok veszik körül, de egyre kedvezőtlenebbé vált, mivel a keletkezett kvark jobban elkülönült a többi részecskétől. „Valóban összefogásra van szükség ahhoz, hogy ezt megmagyarázzuk” – mondja Durham, aki hozzáteszi: „Azt hiszem, ezt itt elég határozottan megmutattuk”.

„Határozottan meggyőzőnek találom az adatokat” – mondja a teoretikus Ralf Rapp a Texas A&M Egyetemen; „Régebben megszakadt a kapcsolat a nagyon kicsi rendszerek között – a szélsőség az elektron–pozitron, ahol csak egy kvark–antikvark pár van – és a nehézion-rendszerek között, ahol több ezer kvark található. Valójában úgy fogalmaznak, hogy szisztematikusan megmutatják, hogyan szűnik meg a hatás, és hogyan állítja vissza az elektron-pozitron határértéket a megfigyelt hadronok számának függvényében, ami megfigyelhető annak mérése, hogy hány kvarkkal és antikvarkkal kell egyesülni.

Kísérletező Anselm Vossen Az észak-karolinai Duke Egyetem munkatársa egyetért azzal, hogy a munka „nagyon szép”, de megjegyzi, hogy a fragmentációs frakciók kiszámításához használt alapfeltevés szerint a kvarkokat izolálják, így talán nem meglepő, hogy hibás eredményeket adnak alacsony keresztirányú momentumoknál nem ez a helyzet. „Ezek mind modellek” – mondja. "Nagyon sejthető, hogy ha valamit használsz az összevonási modellben, az működik, de ez nem jelenti azt, hogy ez az "igazság"

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/