LHC çarpışmalarında 'kuark birleşmesi'ne dair kanıt bulundu - Fizik Dünyası

LHCb deneyi üzerinde çalışan fizikçiler, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC) proton çarpışmalarını takiben kuarkların hadronlara evriminde "kuark birleşiminin" rol oynadığına dair kanıtlar gördüler. İlk olarak 1980'lerde önerilen bu mekanizma, yeni kuarklar oluşturmak yerine, birbiriyle örtüşen dalga fonksiyonlarına sahip mevcut kuarkların birleşmesini içeriyor. En çok düşük enine momentumlarda belirgindir ve kuarklar çarpışma noktasından hızla kaçarken yavaş yavaş söner.

Kuarklar, atom çekirdeğinin içindeki proton ve nötronları ve güçlü etkileşimi hisseden çok sayıda diğer hadronları (ağır parçacıklar) oluşturan parçacıklardır. En tuhaf özelliklerinden biri de hiçbir zaman tek başına gözlemlenememeleridir. Bunun temel nedeni, mesafe arttıkça güçleri azalan yerçekimi, elektromanyetizma ve zayıf etkileşimin aksine, bağlı kuarklar birbirinden uzaklaştıkça güçlü etkileşimin etkisinin artmasıdır. Eğer kuarklar birbirinden yeterince uzaktaysa, güçlü etkileşime aracılık eden gluon alanı, parçacık-antiparçacık çiftleri oluşturmaya yetecek kadar enerji içerir. Bunlar orijinal kuarklara bağlanarak mezon (bir kuark ve bir antikuarkın birleşimi) veya baryon (üç kuarktan oluşan) olabilen yeni bağlı parçacıklar oluşturur. Bu sürece parçalanma denir.

Ancak ağır iyon çarpışmalarını içeren deneyler hikayenin tamamının bundan ibaret olmadığını ortaya koydu. Fizikçiler, kuarkların, bu büyük parçacıkların birleşme adı verilen bir süreçte birbirine çarpmasıyla oluşan yoğun kuark-gluon plazmasında da birleşebileceğine inanıyor.

Matt Durham şöyle açıklıyor: "Bir çarpışma oluyor, birbirlerinden uzaklaşmaya başlayan bir grup kuark-antikuark çifti oluşturuyorsunuz ve dalga-parçacık ikiliği nedeniyle her parçacığın bir nevi size onun ne kadar büyük olduğunu söyleyen bir dalga boyu var" diye açıklıyor. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı ABD'de LHCb işbirliğinin üyesi olan.

Mevcut kuarklar birleşiyor

“Birbiriyle örtüşen üç kuarkınız varsa, onları bir baryon halinde dondurursunuz; eğer örtüşen iki kuarkınız varsa, onları birlikte bir mezon halinde dondurursunuz; Durham, eğer diğer kuarklarla örtüşmeyen bir kuarkınız varsa parçalanması gerekir, diye açıklıyor. “Yani birleşme, çarpışmada ortaya çıkan kuarkları alıp birbirine yapıştırıyor; Parçalanma, boşluktan yeni kuarklar yaratmanızı gerektiriyor.”

Ağır iyon çarpışmalarında birleşmenin "genel olarak kabul edildiğini" söylüyor Durham, çünkü aksi takdirde deneylerde üretilen protonların pionlara oranını açıklamak zordur. Ancak ağır iyon çarpışmaları karmaşıktır ve teorik tahminler kaçınılmaz olarak kesin değildir. Yeni araştırmada LHCb ekibi, proton-proton çarpışmalarında b kuarkların üretimini inceledi. Bazen alt kuark veya güzellik kuarkı olarak da adlandırılan b kuark, parçacık fiziğinin Standart Modelindeki en büyük ikinci kuarktır.

B kuarkların üretiminin ya bir b-lambda baryonu ya da bir B üreteceği neredeyse kesindir.⁰ mezon, her ikisi de ab kuark içerir. Bu ikisi arasındaki üretim oranı, b kuarkın yalnızca parçalanmaya yol açabilen bir süreç olan elektron-pozitron çarpışmalarıyla üretildiği deneylerde kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Durham, "Eğer yalnızca parçalanma varsa bu oran evrensel olmalıdır" diyor.

LHCb ekibi, proton-proton çarpışmalarına ilişkin birkaç yıllık verileri taradı ve b kuarklar üreten çarpışmaların bozunma ürünlerini inceledi. Çarpışan ışınlara ve aynı anda tespit edilen diğer birkaç parçacıklara göre yüksek enine momentuma sahip çarpışmalar için, baryon-mezon oranı, elektron-pozitron deneylerindeki orana yaklaşık olarak eşitti.

Daha fazla baryon

Bununla birlikte, enine momentum düştükçe ve aynı anda tespit edilen diğer parçacıkların sayısı arttıkça, baryonların oranı, mezonların oranına göre giderek arttı. Araştırmacılar bunun, bu çarpışmalarda baryon üretme olasılığı daha yüksek olan başka bir sürecin iş başında olduğunun açık bir kanıtı olduğu sonucuna vardı. Bu senaryoda b kuark diğer kuarklarla çevrelenmiştir ancak üretilen kuark diğer parçacıklardan daha fazla ayrıldığı için giderek daha fazla tercih edilmemektedir. Durham, "Bunu açıklamak için gerçekten birleşmeye ihtiyacınız var" diyor ve ekliyor: "Sanırım bunu burada oldukça kesin bir şekilde gösterdik".

Teorisyen "Verileri kesinlikle ikna edici buluyorum" diyor Ralf Rap Teksas A&M Üniversitesi'nden; “Eskiden çok küçük sistemler (en uçta yalnızca bir kuark-antikuark çiftinin bulunduğu elektron-pozitron) ile binlerce kuarkın bulunduğu ağır iyon sistemleri arasında bir kopukluk vardı. Gerçekten anlatmak istedikleri şey, etkinin nasıl ortadan kaybolduğunu ve kaç tane hadronun gözlendiğinin bir fonksiyonu olarak elektron-pozitron limitini nasıl geri kazandığını sistematik olarak göstermektir; bu, kaç tane kuark ve antikuarkın birleşeceğini ölçen gözlemlenebilir bir ölçümdür."

deneyci Anselm Vossen Kuzey Carolina'daki Duke Üniversitesi'nden bir araştırmacı çalışmanın "çok güzel" olduğu konusunda hemfikir, ancak parçalanma kesirlerini hesaplamak için kullanılan temel varsayımların kuarkların izole edilmesini içerdiğini belirtiyor, dolayısıyla bu durumda düşük enine momentumda yanlış sonuçlar vermelerinin belki de şaşırtıcı olmadığını belirtiyor. durum böyle değil. “Bunların hepsi model” diyor. "Birleşme modelinde bir şey kullanırsanız işe yaraması çok anlamlı, ancak bu onun 'gerçek' olduğu anlamına gelmez"

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/