Докази «злиття кварків» у зіткненнях LHC – Physics World

Фізики, які працюють над експериментом LHCb, виявили докази того, що «злиття кварків» відіграє певну роль в еволюції кварків в адрони після зіткнень протонів на Великому адронному колайдері (LHC). Цей механізм, який спочатку був запропонований у 1980-х роках, полягає в тому, що існуючі кварки з хвильовими функціями, що перекриваються, поєднуються, а не створюють нові кварки. Він найбільш виражений при низьких поперечних імпульсах і поступово вимикається, коли кварки швидко виходять із точки зіткнення.

Кварки — це частинки, що утворюють протони та нейтрони всередині атомних ядер, а також численні інші адрони (важкі частинки), які відчувають сильну взаємодію. Однією з їхніх найдивніших особливостей є те, що їх ніколи не можна спостерігати ізольовано. Основна причина полягає в тому, що на відміну від гравітації, електромагнетизму та слабкої взаємодії, сила яких падає з відстанню, ефект сильної взаємодії зростає, коли зв’язані кварки віддаляються один від одного. Якщо кварки досить далеко один від одного, глюонне поле, яке забезпечує сильну взаємодію, містить достатньо енергії для створення пар частинка-античастинка. Вони зв’язуються з вихідними кварками, створюючи нові зв’язані частинки, які можуть бути або мезонами (комбінаціями одного кварка й одного антикварка), або баріонами (що містять три кварки). Цей процес називається фрагментацією.

Експерименти із зіткненнями важких іонів показали, що це ще не вся історія. Фізики вважають, що кварки також можуть поєднуватися в щільній кварк-глюонній плазмі, яка утворюється шляхом розбивання цих великих частинок у процесі, який називається коалесценцією.

«У вас відбувається зіткнення, ви створюєте купу пар кварк-антикварк, які починають віддалятися одна від одної, і через дуалізм хвиля-частинка кожна частинка має довжину хвилі, яка ніби говорить вам, наскільки вона велика», — пояснює Метт Дарем з Національна лабораторія в Лос-Аламосі у США, який є членом колаборації LHCb.

Існуючі кварки поєднуються

«Якщо у вас є три кварки, які перекривають один одного, ви заморожуєте їх разом у баріон; якщо у вас є два кварки, які перекриваються, ви заморожуєте їх разом у мезон; якщо у вас є кварк, який не збігається з жодним іншим, його потрібно фрагментувати», — пояснює Дарем. «Тож коалесценція бере кварки, які утворюються під час зіткнення, і склеює їх разом; фрагментація вимагає створення нових кварків із вакууму».

Коалесценція при зіткненнях важких іонів була «загальновизнаною», каже Дархем, тому що інакше важко пояснити співвідношення протонів і піонів, що утворюються в експериментах. Однак зіткнення важких іонів безладні, а теоретичні прогнози неминуче неточні. У новому дослідженні команда LHCb вивчала утворення b-кварків у протон-протонних зіткненнях. B-кварк, який іноді називають нижнім або б’юті-кварком, є другим за масою кварком у Стандартній моделі фізики елементарних частинок.

Вироблення b-кварків майже напевно призведе до b-лямбда-баріонів або B⁰ мезон, які обидва містять ab кварк. Співвідношення утворення між цими двома було ретельно вивчено в експериментах, у яких b-кварк утворюється в результаті зіткнень електронів і позитронів – процес, який може призвести лише до фрагментації. «Якщо у вас є лише фрагментація, це співвідношення має бути універсальним», — каже Дарем.

Команда LHCb проаналізувала кількарічні дані про протон-протонні зіткнення та вивчила продукти розпаду від зіткнень, які породили b-кварки. Для зіткнень із високими поперечними імпульсами щодо зустрічних пучків і кількох інших вилітаючих частинок, виявлених одночасно, співвідношення баріонів до мезонів було приблизно рівним співвідношенню в електрон-позитронних експериментах.

Більше баріонів

Однак із зменшенням поперечних імпульсів і збільшенням кількості інших виявлених частинок частка баріонів поступово зростала відносно частки мезонів. Дослідники дійшли висновку, що це є явним доказом того, що в цих зіткненнях діє інший процес, який, швидше за все, призведе до утворення баріонів. У цьому сценарії b-кварк оточений іншими кварками, але стає дедалі неприйнятнішим, оскільки створений кварк був більш відокремлений від інших частинок. «Щоб це пояснити, справді потрібна коалесценція», — каже Дархем, який додає: «Я думаю, ми тут це досить остаточно показали».

«Я точно вважаю дані переконливими», — каже теоретик Ральф Рапп Техаського університету A&M; «Раніше існував розрив між дуже малими системами – екстремальною була електрон-позитрон, де у вас була лише одна пара кварк-антикварк, – і системами важких іонів, де у вас були тисячі кварків. Те, як вони насправді висловлюють свою точку зору, полягає в тому, щоб систематично показати, як ефект зникає і відновлюється електрон-позитронна межа як функція кількості спостережуваних адронів, яка є спостережуваною величиною, яка вимірює, скільки кварків і антикварків існує для об’єднання».

Експерименталіст Ансельм Фоссен з Університету Дьюка в Північній Кароліні погоджується, що робота «дуже хороша», але зазначає, що основні припущення, які використовуються для розрахунку фракцій фрагментації, передбачають ізольованість кварків, тому, можливо, не дивно, що вони дають неправильні результати при низьких поперечних імпульсах, коли це це не так. «Усе це моделі», — каже він. «Це дуже натякає на те, що якщо ви використовуєте щось у моделі коалесценції, це працює, але це не означає, що це «правда»»

Дослідження описано в Physical Review Letters,.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/