Mokslininkai modeliuoja gliuonų "mirpėjimą" subatominėse smashupėse

Anonim

Mokslininkai, tyrinėjantys dalelių, susidarančių iš subatominių smahupų, dinaminį elgesį Relativistinio sunkiųjų jonų koleraderio (RHIC) - JAV Energetikos departamento Energetikos departamento Mokslo branduolinės fizikos tyrimo laboratorijoje DOE "Brookhaven" nacionalinėje laboratorijoje, vis labiau domina gluonų vaidmenį. Šios klijuojančiosios dalelės paprastai jungia kvarkus protonuose ir neutronuose ir, atrodo, atlieka didžiulį vaidmenį nustatant pagrindines dalelių savybes.

Naujajame tyrime, kuris buvo paskelbtas Fizinės apžvalgos rašte, atskleidžiama, kad didelis gliuono svyravimas, ty tam tikras mirksėjimas pertvarkant gliuono tankio pasiskirstymą atskiruose protonuose, gali padėti paaiškinti kai kuriuos puikius rezultatus RHIC ir taip pat branduolinės fizikos eksperimentuose Didysis Hadrono kolektorius (LHC) Europoje.

Šiuo metu neįmanoma tiesiogiai "pamatyti" gliuonų pasiskirstymą tarp atskirų protonų ir branduolių, netgi pačiose galingesnėse dalelių greitintuvo dalyse. Taigi teoriniai fizikai Brookhaven'o laboratorijoje Björn Schenke ir Heikki Mäntysaari sukūrė matematinį modelį, kuris atspindi glejonų įvairovę protono viduje.

"Labai tiksliai žinoma, kiek didelis vidutinis glejono tankis yra protono viduje, " - sakė Mäntysaari. "Ką nežinome, būtent ten, kur glejonai yra protono viduje. Modeliuojame gliuonus, esančius aplink trijų valanso kvarkikų. Tada mes kontroliuojame modelyje esančių svyravimų kiekį, nustatydami, kiek gliuono debesys yra, ir kaip toli jie vienas nuo kito. "

Šie svyravimai atspindi gliunų elgesį dalelėse, pagreitintuose dideliems energijos šaltiniams, nes jie yra tokie koliažeriai kaip RHIC ir LHC. Esant tokioms sąlygoms, gluonai yra virtualios dalelės, kurios nuolat suskaidomos ir rekombinuojamos, iš esmės mirgėja ir išgyvena, kaip mirgančios mirgančios nakties danguje.

Mokslininkai norėtų sužinoti, ar ir kaip šie svyravimai veikia dalelių, sukurtų protonams susidūrus su sunkiaisiais branduoliais, elgesį, pavyzdžiui, aukso jonus, pagreitinusius RHIC. Duomenys iš RHIC protonų aukso susidūrimų ir LHC protonų-švino susidūrimų parodė, kad "kolektyviniai reiškiniai" yra dalelės, susidarančios su tam tikromis "žiniomis" tarpusavyje ir tam tikromis pageidaujamomis kryptimis, o ne vienodais būdais. Į RHIC ir LHC susikaupė dvi didelės dalelės (auksas-auksas arba švino-švinas), tai kolektyvinis elgesys ir kryptis priklausantis srautas buvo paaiškintas skysta kvarkų ir gluonų būkle - "tobulos skystos" kvarkgluono plazma (QGP) -kuria susidūrimai. Tačiau mažų protonų su didesnių branduolių susidūrimai neturėtų sukurti QGP. Ir dabartinis QGP supratimas negali visiškai išaiškinti eksperimentinių rezultatų.

"Jei mes norime suprasti, kas atsitiks, mes turime žinoti protono geometriškumą prieš pat susidūrimus. Tai daro įtaką, jei turite apvalų objektą, nukreiptą į branduolį, palyginti su kažkuo, kuriame yra daugiau netaisyklingos struktūros, nukreipiančios branduolį", - teigė Mäntysaari sakė. "Kolektyvinis elgesys, kurį mes matome eksperimentuose, gali reikšti, kad protonui yra sudėtingesnės struktūros, - pridūrė jis, pažymėdamas, kad protono vidinės struktūros tyrimas yra branduolinių fizikų fundamentalus tyrimas.

Mäntysaari ir Schenke parengtas modelis apibūdina, kaip protonų struktūra gali svyruoti. Norėdami išbandyti modelį, jie kreipėsi į skirtingą eksperimentinių duomenų rinkinį, gautą susidūrus elektronams su protonais HERA greitintuve Vokietijoje. Konkreti reakcija, kuri kartais atsiranda tokiuose susidūrimuose - kai gaminama dalelė, vadinama J / psi, ir protonas suskaidomas į kitų dalelių purškimą, labai priklauso nuo protono struktūrinių svyravimų lygio.

Brookhaveno teoretikai naudojo savo modelį, norėdami numatyti šios sąveikos dažnumą, keisdami gliuono svyravimų lygį, ir palygino jų skaičiavimus su eksperimentiniais duomenimis. Jie nustatė, kad jų modelio versija su didžiausiu svyravimų lygiu buvo ta, kuri geriausiai tinka duomenims.

"Šis procesas visai neatsitiks, jei protonas visada atrodys vienodai. Kuo daugiau svyravimų, tuo labiau tikėtina, kad šis procesas vyks", - teigė Mäntysaari.

Jis ir Schenke dabar nori pritaikyti šias žinias prie protonų branduolio susidūrimų.

"Kai gliuono svyravimai įtraukiami į QGP hidrodinaminius modelius, mes geriau sutinkame su eksperimentiniais duomenimis iš šių protonų-branduolių susidūrimų", - teigė Mäntysaari.

Kaip pastebėjo Schenke, "Tai reiškia, kad stipriai sąveikaujančios QGP susidarymas protonų-branduolių susidūrimuose gali paaiškinti eksperimentiniu būdu stebimą kolektyviškumą".

Jei branduolinės fizikos bendruomenė sugebės kurti siūlomą ateities projektą, pavadintą "Electron-Ion Collider" (EIC), jie galės patobulinti šių rezultatų tikslumą.

"EIC leis mums tai tiksliau išmatuoti ir skirtingose ​​kinematose - kaip svyravimai priklauso nuo energijos, pavyzdžiui, " - sakė Mäntysaari. "Ir EIC taip pat gali atlikti tokius pat branduolinių tikslų tyrimus, kad pamatytų, kiek branduolio struktūra svyruoja nuo įvykio iki įvykio."

Iš esmės, EIC būtų tikra gliuono vaizdavimo mašina - tai būdas tiesiogiai išmatuoti matomo materijos konstrukcijų vidinę struktūrą, įskaitant klijus, kuris šiandien viską jungia visatoje.

menu
menu