Anti-kuark gizemi: "Kuark Denizi" proton dönüşü gizeminin derin karmaşıklığını ilk kez ortaya koyuyor!
Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı'nın (RHIC) yıldız deneyinden elde edilen yeni veriler, bilim adamlarının çözmeye çalıştığı ilginç bir bulmacaya ayrıntı ve karmaşıklık katıyor: Protonun bileşenleri dönüşünü nasıl teşvik ediyor? Şu anda (15 Mart 2019) Physical Review D dergisinde yayınlanan bir araştırma makalesinde:
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)İlk kez temizleyin Farklı antikuarkların, protonların genel dönüşü üzerinde farklı etkileri olduğunu ve bir dereceye kadar bu farklı kuark türlerinin (isimler) göreceli bolluğuna zıt olduğunu ortaya koymaktadır. : Kuark türüne "lezzet" denir , Sırasıyla, yukarı kuark (u), aşağı kuark (d), garip kuark (lar), çekicilik kuark (c), alt kuark (b) ve üst kuark (t). Karşılık gelen antikuarklar da vardır).
Brocade Park-Bilimin Popülerleştirilmesi: Abilene Christian Üniversitesi (Abilene Christian Üniversitesi) STAR sözcüsü James Drachenberg (James Drachenberg) şunları söyledi: Bu ölçüm proton spin gizemindeki kuarkın neden olduğunu göstermektedir. Birkaç parçadan oluşan bu sıkıcı bir bulmaca değil; eşit olarak dağıtılmamış. Bu daha karmaşık bir resim ve bu sonuç bu resmi ilk kez görmemizi sağlıyor. Bu, bilim adamlarının proton dönüşü hakkındaki görüşlerini ilk kez değiştirmeleri değil. 1980'lerde, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) tarafından yapılan bir deney, protonlardaki kuark ve antikuarkların spinlerinin toplamının, toplam spinlerin en fazla dörtte birini oluşturduğunu ortaya çıkardığında, tam ölçekli bir dönüş " "Kriz" patlak verdi.
(Resim) Proton dönüşünün gizemi: Bilim adamları, protonun farklı bileşenlerinin dönüşünü nasıl teşvik ettiğini bilmek istiyor.Bu, evrendeki neredeyse tüm görünür maddelerin oluşumunda önemli bir rol oynayan temel bir özelliktir. Bu bulmaca, kuarkların ve gluonların yörüngesel açısal momentumunu (sol üstte), gluon spinlerini (sağ üstte) ve kuarkları ve antikuark spinlerini (sağ altta) içerir. En son RHIC verileri, antikuarkların katkısının önceden düşünülenden çok daha karmaşık olduğunu göstermektedir. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Göreceli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC), Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda bulunan bir nükleer fizik araştırma kullanıcı tesisidir. Göreceli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC), kısmen bilim adamlarının antikuarklar ve gluonlar da dahil olmak üzere diğer bileşenlerin katkılarını ölçmelerine (kuarkları ve antikuarkları "yapıştırırlar" veya protonlar oluşturmak için birleştirirler). Ve nötronlar ve diğer parçacıklar). Antikuarklar sadece kısa bir süre için var olurlar, gluonlar ayrıldığında kuark-antikuark çiftleri oluştururlar. Drassenberg şunları söyledi: Bu parçacık çiftlerine Kuark denizi Her an, protonları bir dereceye kadar tanımlamaya yardımcı olan kuarklar, gluonlar ve çok sayıda kuark ve antikuark çifti vardır. Bu deniz kuarklarının rolünü bir şekilde anlayın, ancak dönüşte değil.
Kuark okyanusunun "tadını" keşfedin
Göz önünde bulundurulması gereken önemli bir nokta, farklı "tatlara" sahip kuarkların spine farklı bir şekilde katkıda bulunup bulunmadığıdır. Makaleden önce, "Bokeyuan" kuarkların altı farklı "çeşniye" sahip olduğunu belirtmiştir -up kuark (u) anti-yukarı kuark, aşağı kuark (d) anti-aşağı kuark, tuhaf kuark (lar) anti-garip kuark, çekicilik kuark (C) Anti-char kuark, alt kuark (b) Anti-dip kuark ve üst kuark (t) Anti-top kuark) Ernst Hicktman, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda (LBNL) yıldız işbirlikçisi, ABD Enerji Bakanlığı Sichtermann) "Kuark Okyanusu" çalışmasında başrol oynadı. Sayının (yukarı ve aşağı) eşit olmasını istiyoruz, ancak gördüğümüz durum böyle değil.
CERN ve DOEnin Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarından alınan ölçüm sonuçları tutarlı bir şekilde şunları göstermiştir: Yukarı antikuarklardan çok aşağı antikuarklar var . Drassenberg şunları söyledi: Bu iki çeşidin zenginliğinde bir asimetri olduğu için spinteki rollerinin de şaşırtıcı olabileceğini düşünüyoruz. Aslında, RHICin ilk sonuçları, iki çeşidin spin üzerinde farklı etkilere sahip olabileceğini gösterdi ve bu da STAR ekibini daha fazla deney yapmaya teşvik etti.
Spin elde edin
Bu sonuç, göreli ağır iyon çarpıştırıcısı (RHIC) rotasyon programı için 20 yıllık veri birikimini temsil etmektedir. Bu, RHIC'nin başlangıcında başlatılan rotasyon planının iki ilk ayağından birinin nihai sonucudur. Tüm bu deneylerde STAR, RHIC'deki polarize proton çarpışmalarının sonuçlarını analiz etti - Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısındaki (RHIC) iki proton demeti belirli bir şekilde hizalandı. Polarize bir proton ışınının dönüş yönü ters çevrildiğinde üretilen belirli parçacıkların sayısındaki farkı bulmak, çeşitli bileşenlerin dönüş düzenini izlemek için kullanılabilir - böylece tüm proton dönüşüne katkıları. Kuark denizi ölçümü için yıldız fizikçileri, elektronların elektron ve pozitron-antimadde versiyonlarını hesapladılar.Elektronların negatif bir yük yerine pozitif bir yük taşımaları dışında her yönden aynıdırlar.
(Resim) Bu model, bu sonuçta kullanılan ana dedektör bileşenlerini gösterir. W-bozonun bozunumundan (veya W + bozunmasından) gelen pozitronlar, zaman projeksiyon odası (TPC) aracılığıyla manyetik alana izlenir. Manyetik alan, negatif ve pozitif parçacıkların zıt yönlerde bükülmesine neden olarak bilim adamlarının hangisinin pozitif ve hangisinin negatif olduğunu ayırt etmesine izin verir. Namlu Elektromanyetik Kalorimetre (BEMC), çarpışma ışınına dik çarpışmalardan kaynaklanan parçacıkların enerjisini ölçer, Elektromanyetik Uç Kapak Kalorimetresi (EEMC) ise önden çarpışmanın oluşturduğu parçacıkların enerjisini ölçer. Bu görüntü, BEMC'deki (ayrıca kırmızı) büyük bir yerel enerji birikimini gösteren simüle edilmiş bir elektron yörüngesini (kırmızı) göstermektedir. Resim: T. Sakuma
Elektronlar ve pozitronlar, W bozonları adı verilen parçacıkların bozunmasından gelirler. W bozonları, yukarı veya aşağı antikuarklar içerip içermediklerine bağlı olarak pozitif ve negatif de olabilir. Çarpışan protonun dönüş yönü tersine çevrildiğinde üretilen elektron sayısındaki fark, W- tarafından üretilen farkı gösterir ve antikuarkın dönüş düzenini ölçmek için bir standart görevi görür. Benzer şekilde, pozitronlardaki fark, W + üretimindeki farktan gelir ve antikuark dönüşünün katkısını ölçmek için alternatif bir rol görevi görür.
Yeni dedektör, geliştirilmiş doğruluk
En son veriler, her bir çarpışmadan ışın boyunca ileri geri hareket eden parçacıkları yakalayan yıldız uçlu kalorimetre tarafından yakalanan sinyalleri içerir. Bu yeni veriler, çarpışma bölgesine dik görünen parçacıklarla ilgili verilerle birleştirildiği için, bilim adamları sonuçlardaki belirsizliği daralttı. Bu veriler İlk kez temizleyin göstermek: Üstteki antikuark dönüşü, proton dönüşünün tamamına, düşük antikuark dönüşünden daha fazla katkıda bulunur. . Çin'deki Shandong Üniversitesi'nden Xu Qinghua (transliterasyon) şunları söyledi: Bilim adamlarının dediği bu tür bir "lezzet (kuark) asimetrisi" kendi başına şaşırtıcı, ancak üst antikuarklardan daha düşük antikuarklar olduğu düşünüldüğünde, bu daha da önemli. Şaşırtıcı. Hickettman'ın belirttiği gibi: orijinal proton dönüşü gizemine geri dönerseniz, kuark ve antikuark spinlerinin toplamının proton spininin sadece küçük bir bölümünü oluşturduğunu biliyoruz.
(Resim) Polarize protonların (ışına soldan giren) ve polarize olmayan protonların (sağda) çarpışması W bozonları (bu durumda W-) üretir. RHIC detektörü, W bozonu bozunduğunda salınan parçacıkları (bu durumda elektronlar, e-) ve göründükleri açıyı tanımlar. Renkli oklar, farklı olası yönleri temsil eder ve farklı kuarkları tespit etmek için kullanılır. Bir yukarı antiquark (u) ve bir aşağı kuark (d) protonun dönüşüne katkıda bulunur. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Sonraki soru şu: Gluon Katkısı nedir? Kuarkların ve gluonların yörünge hareketinin katkısı nedir? Peki kuarkın katkısı neden bu kadar küçük? Kuarkların ve antikuarkların spin katkılarının birbirini götürmediği için mi? Yoksa farklı kuarklar yüzünden farklı mı? Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısının (RHIC) önceki sonuçları, gluonların proton dönüşünde önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Bu yeni analiz açıkça gösteriyor ki Kuark denizi de önemli bir rol oynuyor . Bu, gluonu istediğiniz lezzete bölmekten daha karmaşıktır - bu, kuark okyanusuna dalmamız için iyi bir neden. Temple Üniversitesi fizikçisi Bernd Surrow da aynı fikirde. W bozon yönteminin geliştirilmesine yardımcı oldu ve iki yüksek lisans öğrencisini denetledi ve analiz sonuçları bu yeni makalenin yayınlanmasını sağladı.
Göreceli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) üzerinde yıllarca süren deneysel çalışmalardan sonra, bu heyecan verici yeni sonuç, Gluon kuantum dalgalanmaları Anlamak. Bunlar gençleri cezbeden temel sorulardır - öğrenciler bilgimizi genişletmeye devam edecek. Ek yıldız ölçümleri bize garip kuarkların / antikuarkların spine katkısı hakkında bir fikir verebilir. Buna ek olarak, Amerikalı bilim adamları, gelecekteki bir elektron-iyon çarpıştırıcısı inşa etme planlarında spin gizemi üzerine daha derinlemesine araştırma yapmayı umuyorlar. Bu parçacık hızlandırıcı, protonlardan oluşan spin yapısını doğrudan tespit etmek ve sonunda proton spininin gizemini çözmek için elektronları kullanacaktır.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Referans Dergi Literatürü: "Physics Review D"
DOI: 10.1103 / PhysRevD.99.051102
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)
