Наблюдение странной материи указывает на существование дикварков в барионах

Обширный анализ данных, собранных почти 20 лет назад, привел к удивительному открытию: странная материя может образоваться, когда один фотон одновременно поглощается двумя кварками. Исследованием руководил Ламиа Эль Фасси в Университете штата Миссисипи и ставит фундаментальные вопросы о природе сильного ядерного взаимодействия.

Частицы странной материи, называемые лямбда-барионами, содержат по одному верхнему, нижнему и странному кварку. Их кварковый состав означает, что эти частицы являются особенно привлекательной мишенью для физиков, изучающих сильное взаимодействие — фундаментальную силу, связывающую кварки вместе.

Однако из-за их скоротечного времени жизни лямбда-барионы нельзя наблюдать напрямую. Вместо этого исследователи могут идентифицировать их, обнаруживая продукты их распада. Это пион и либо протон, либо нейтрон.

Экзотические барионы

В 2004 году эксперименты на Ускоритель непрерывного электронного пучка (CEBAF), часть лаборатории Джефферсона в Вирджинии, стремилась лучше понять эти неуловимые частицы. Ускоритель производит постоянный поток энергичных электронов, что делает его идеальным для изучения экзотических барионов, образованных в процессе, называемом полуинклюзивным глубоконеупругим рассеянием электронов на нуклонах (SIDIS).

В этом конкретном процессе электроны CEBAF рассеивались протонами и нейтронами в мишенях, сделанных из дейтерия, углерода, железа и свинца. «Поскольку протон или нейтрон полностью распадаются, нет никаких сомнений в том, что электрон взаимодействует с кварком внутри», — объясняет Эль Фасси.

После этого распада затронутый верхний или нижний кварк, который взаимодействует с электроном пучка через виртуальный фотон, некоторое время перемещается как свободная частица, прежде чем соединиться с другими кварками, с которыми он сталкивается, чтобы сформировать новый адрон. В некоторых исключительных случаях он может соединиться с другим верхним или нижним кварком и странным кварком, образуя лямбда-барион.

Продукты распада

В эксперименте CEBAF эти частицы можно было идентифицировать только по комбинации продуктов их распада и рассеянных электронов. Проблемы, связанные с таким косвенным измерением, означают, что окончательные результаты ожидаются уже давно. Тем не менее, после более чем десятилетнего тщательного анализа, начиная с того времени, когда Эль Фасси была докторантом, она и ее команда наконец смогли наблюдать столкновения лямбда-барионов.

«Эти исследования помогают построить историю, аналогичную кинофильму, о том, как столкнувшийся кварк превращается в адроны», — объясняет Эль Фасси. «В новой статье [в Physical Review Letters,], мы сообщаем о первых наблюдениях такого исследования лямбда-бариона в областях прямой и обратной фрагментации». Эти области относятся к направлению движения обнаруженного протона или нейтрона после распада лямбды относительно входящего пучка электронов.

Анализ команды выявил особенно удивительный результат. В отличие от случаев, когда SIDIS производит более легкие частицы с более длительным временем жизни, электроны CEBAF в этом случае, по-видимому, взаимодействовали не с отдельными кварками, а с парой кварков (называемых дикварками), которая затем связывается со странным кварком.

Другой механизм

«Это спаривание кварков предполагает другой механизм образования и взаимодействия, чем случай взаимодействия одиночного кварка», — говорит Хафиди.

Детектор космических лучей мог обнаружить крупицы темной материи

Действительно, последствия этого открытия могут быть особенно поразительными для квантовой хромодинамики (КХД), которая является теоретической основой, описывающей сильное ядерное взаимодействие.

«Есть неизвестный ингредиент, который мы не понимаем», — говорит член команды. Уильям Брукс в Техническом университете Федерико Санта-Мария в Чили. «Это крайне удивительно, поскольку существующая теория может описать практически все остальные наблюдения, но не это. Это означает, что есть что-то новое, что можно узнать, и на данный момент мы понятия не имеем, что это может быть».

В будущем команда надеется, что предстоящие усовершенствования CEBAF и его детекторов помогут им на шаг приблизиться к ответам на эти фундаментальные вопросы. Как объясняет Эль Фасси, «любое новое измерение, которое даст новую информацию для понимания динамики сильных взаимодействий, очень важно».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/strange-matter-observation-points-to-existence-of-diquarks-in-baryons/