Quan sát vật chất lạ chỉ ra sự tồn tại của diquark trong baryon – Physics World

Quan sát vật chất lạ chỉ ra sự tồn tại của diquark trong baryon – Physics World

Dấu thời gian: ngày 15 tháng 2023 năm 12 25:XNUMX chiều

CEBAF
Quan sát đáng ngạc nhiên: bằng chứng về baryon lambda và sự tham gia của diquark trong quá trình sản xuất chúng đã được phát hiện trong dữ liệu lấy tại Máy quang phổ chấp nhận lớn CEBAF của Phòng thí nghiệm Jefferson. (Được phép: DOE/Phòng thí nghiệm Jefferson)

Phân tích sâu rộng các dữ liệu được thu thập cách đây gần 20 năm đã dẫn đến một khám phá đáng ngạc nhiên: vật chất kỳ lạ đó có thể được hình thành khi một photon đơn lẻ được hấp thụ đồng thời bởi hai quark. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Lamiaa El Fassi tại Đại học bang Mississippi và đặt ra những câu hỏi cơ bản về bản chất của lực hạt nhân mạnh.

Các hạt vật chất lạ gọi là baryon lambda chứa một quark lên, xuống và lạ. Thành phần quark của chúng có nghĩa là những hạt này là mục tiêu đặc biệt hấp dẫn đối với các nhà vật lý nghiên cứu về tương tác mạnh – lực cơ bản liên kết các quark lại với nhau.

Tuy nhiên, do thời gian sống thoáng qua của chúng, các baryon lambda không thể được quan sát trực tiếp. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu có thể xác định chúng bằng cách phát hiện các sản phẩm phân rã của chúng. Đây là một pion, và một proton hoặc neutron.

baryon kỳ lạ

Năm 2004, các thí nghiệm tại Cơ sở gia tốc chùm tia điện tử liên tục (CEBAF), một phần của Phòng thí nghiệm Jefferson ở Virginia, nhằm mục đích hiểu rõ hơn về các hạt khó nắm bắt này. Máy gia tốc tạo ra một dòng electron năng lượng ổn định, làm cho nó trở nên lý tưởng để nghiên cứu các baryon kỳ lạ được hình thành thông qua một quá trình gọi là tán xạ electron-nucleon không đàn hồi sâu bán bao gồm (SIDIS).

Trong quy trình cụ thể này, các electron của CEBAF bị phân tán bởi các proton và neutron trong các bia làm từ deuterium, carbon, sắt và chì. El Fassi giải thích: “Bởi vì proton hoặc neutron bị phá vỡ hoàn toàn, nên chắc chắn rằng electron tương tác với quark bên trong.

Sau sự phân rã này, quark lên hoặc xuống bị ảnh hưởng – tương tác với một chùm electron thông qua một photon ảo – di chuyển xung quanh trong thời gian ngắn dưới dạng một hạt tự do, trước khi liên kết với các quark khác mà nó gặp phải để tạo thành một hadron mới. Trong một số trường hợp ngoại lệ, nó có thể liên kết với một quark lên hoặc xuống khác và một quark lạ – tạo thành một baryon lambda.

sản phẩm thối rữa

Trong thí nghiệm CEBAF, những hạt này chỉ có thể được xác định bằng sự kết hợp giữa các sản phẩm phân rã của chúng và các electron tán xạ. Những thách thức được đưa ra bởi một phép đo gián tiếp như vậy có nghĩa là kết quả cuối cùng đã có từ lâu. Tuy nhiên, sau hơn một thập kỷ phân tích kỹ lưỡng, bắt đầu từ khi El Fassi còn là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, cô và nhóm của mình cuối cùng đã có thể quan sát các baryon lambda trong các vụ va chạm.

El Fassi giải thích: “Những nghiên cứu này giúp xây dựng một câu chuyện, tương tự như một bộ phim điện ảnh, về cách quark va chạm biến thành các hadron. “Trong một bài báo mới [trong Physical Review Letters], chúng tôi báo cáo những quan sát đầu tiên về một nghiên cứu như vậy đối với baryon lambda ở các vùng phân mảnh phía trước và phía sau.” Các vùng này đề cập đến hướng chuyển động của proton hoặc neutron được phát hiện sau quá trình phân rã của lambda, so với chùm electron tới.

Phân tích của nhóm đã tiết lộ một kết quả đặc biệt đáng ngạc nhiên. Không giống như khi SIDIS tạo ra các hạt nhẹ hơn với thời gian tồn tại lâu hơn, các electron của CEBAF dường như không tương tác với các quark đơn lẻ trong trường hợp này, mà với một cặp quark (được gọi là diquark) – tiếp tục liên kết với một quark lạ.

cơ chế khác nhau

Hafidi nói: “Sự ghép cặp quark này cho thấy một cơ chế sản sinh và tương tác khác với trường hợp tương tác của một quark đơn lẻ.

Thật vậy, ý nghĩa của khám phá này có thể đặc biệt nổi bật đối với sắc động lực học lượng tử (QCD), là khung lý thuyết mô tả lực hạt nhân mạnh.

“Có một thành phần chưa biết mà chúng tôi không hiểu,” thành viên nhóm nói William Brooks tại Đại học Kỹ thuật Federico Santa María ở Chile. “Điều này cực kỳ đáng ngạc nhiên, vì lý thuyết hiện có về cơ bản có thể mô tả tất cả các quan sát khác, nhưng không phải quan sát này. Điều đó có nghĩa là có một cái gì đó mới để học, và hiện tại, chúng tôi không biết nó có thể là gì.”

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng những cải tiến sắp tới đối với CEBAF và các máy dò của nó có thể giúp họ tiến một bước gần hơn đến việc trả lời những câu hỏi cơ bản này. Như El Fassi giải thích, “bất kỳ phép đo mới nào cung cấp thông tin mới để hiểu động lực học của các tương tác mạnh đều rất quan trọng”.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý