Σε μια ενδελεχή ανασκόπηση των δεδομένων σύγκρουσης πρωτονίων από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, οι φυσικοί που εργάζονται στο Πείραμα ATLAS έχουν καθορίσει τη δύναμη της ισχυρής δύναμης στο υψηλότερο επίπεδο ακρίβειας μέχρι σήμερα. Ενώ το αποτέλεσμα συμφωνεί με το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, η προσέγγιση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση νέας φυσικής σε μελλοντικά πειράματα.

Όπως ορίζεται από την κβαντική χρωμοδυναμική (QCD), η ισχυρή δύναμη είναι υπεύθυνη για τη σύνδεση των κουάρκ μεταξύ τους μέσω ανταλλαγών γκλουονίων χωρίς μάζα. Η ισχυρή δύναμη συγκρατεί επίσης πρωτόνια και νετρόνια μαζί στους πυρήνες.

Η ισχυρή δύναμη διαφέρει από τη βαρύτητα, την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση και την ασθενή δύναμη επειδή δεν μειώνεται καθώς τα σωματίδια απομακρύνονται. Αυτό εμποτίζει μια πολυπλοκότητα στο QCD που καθιστά πολύ δύσκολο τον προσδιορισμό της σταθεράς ισχυρής σύζευξης. Ως αποτέλεσμα, η ισχυρή δύναμη είναι η λιγότερο επακριβώς καθορισμένη από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του Καθιερωμένου Μοντέλου.

Μέσω ενός συνδυασμού εκλεπτυσμένων θεωριών QCD και βελτιωμένων πειραματικών τεχνικών, η κατανόησή μας για την ισχύ αυτής της αλληλεπίδρασης – που ορίζεται από τη σταθερά σύζευξης – έχει βελτιωθεί σταθερά τις τελευταίες δεκαετίες.

Βασική παράμετρος

«Η ισχύς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης είναι βασική παράμετρος του Καθιερωμένου Μοντέλου, ωστόσο είναι γνωστή μόνο με ποσοστιαία ακρίβεια», εξηγεί. Στέφανο Καμάρντα, μέλος της Συνεργασίας ATLAS με έδρα το CERN. «Για σύγκριση, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία είναι 15 φορές ασθενέστερη από την ισχυρή δύναμη στην ενέργεια που ανιχνεύεται από τον LHC, είναι γνωστή με ακρίβεια καλύτερη από ένα μέρος στο δισεκατομμύριο».

Για να ενισχύσουμε την κατανόησή μας για την ισχυρή δύναμη, η ομάδα ATLAS έχει τώρα επανεξετάσει τα δεδομένα που συνέλεξε ο LHC το 2012, όταν δέσμες πρωτονίων συγκρούστηκαν μετωπικά μέσα στον ανιχνευτή ATLAS με ενέργειες 8 TeV.

Κατά τη διάρκεια αυτών των συγκρούσεων, τα κουάρκ σε πρωτόνια κατά καιρούς εκμηδενίζονταν από τα αντίστοιχα αντικουάρκ στην αντίπαλη δέσμη. Αυτή η διαδικασία διαμεσολαβείται από την ασθενή αλληλεπίδραση, που οδηγεί στη δημιουργία μαζικών, ουδέτερων μποζονίων Ζ.

Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων, τα γκλουόνια που εκπέμπονται από τα κουάρκ εκμηδενισμού ενισχύουν την ορμή του προκύπτοντος μποζονίου Ζ κατά μήκος του άξονα σύγκρουσης. Είναι κρίσιμο, το QCD προβλέπει ότι το μέγεθος αυτού του λάκτισμα ορμής συνδέεται με την τιμή της σταθεράς ισχυρής σύζευξης.

Πιο σταθερά ζευγάρια

Λίγο μετά την εμφάνισή τους, τα μποζόνια Ζ διασπάστηκαν περαιτέρω σε πιο σταθερά ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, ή μιονίων και αντιμιονίων – τα οποία στη συνέχεια ανελήφθησαν από τους ανιχνευτές ATLAS. Στην τελευταία τους ανάλυση, η συνεργασία ATLAS εντόπισε περισσότερα από 15 εκατομμύρια από αυτά τα ζευγάρια. Αυτές οι παρατηρήσεις τους επέτρεψαν να υπολογίσουν τη ροπή των μποζονίων Ζ που τα δημιούργησαν.

Συγκρίνοντας αυτές τις τιμές με θεωρητικές προβλέψεις που υπολογίζονται λαμβάνοντας υπόψη μόνο την ασθενή αλληλεπίδραση, οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσδιορίσουν την έκταση της επίδρασης της ισχυρής αλληλεπίδρασης στη διαδικασία.

Οι κβαντικοί υπολογιστές καταλαμβάνουν τα κουάρκ

Αυτό σημαίνει ότι η ομάδα ATLAS έχει μετρήσει τη σταθερά ισχυρής σύζευξης στο υψηλότερο επίπεδο ακρίβειας που έχει επιτευχθεί σε οποιοδήποτε πείραμα μέχρι σήμερα. «Το ότι τώρα μετρήσαμε τη δύναμη σύζευξης ισχυρής δύναμης σε επίπεδο ακρίβειας 0.8% είναι ένα θεαματικό επίτευγμα», λέει η Camarda. "Παρουσιάζει τη δύναμη του LHC και του πειράματος ATLAS να ωθήσει τα όρια ακρίβειας και να ενισχύσει την κατανόησή μας για τη φύση."

Αν και αυτό είναι ένα σπουδαίο πειραματικό επίτευγμα, δεν φαίνεται να μας φέρνει πιο κοντά στη φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Η τιμή της ομάδας για τη σταθερά ισχυρής σύζευξης συμφωνεί στενά τόσο με προηγούμενες, λιγότερο ακριβείς μετρήσεις, όσο και με τις πιο πρόσφατες προβλέψεις QCD. Επομένως, αυτή είναι μια ακόμη περίπτωση του Καθιερωμένου Μοντέλου που μένει σταθερό έναντι του στενού ελέγχου.

Ωστόσο, εάν η ίδια προσέγγιση χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση ακόμη υψηλότερης ενέργειας συγκρούσεων στο μέλλον, οι ερευνητές θα μπορούσαν να είναι σε καλύτερη θέση να εντοπίσουν αποκλίσεις στις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου. Ίσως αυτό θα μπορούσε να μας φέρει ένα βήμα πιο κοντά στην απάντηση σε μερικά από τα πιο μακροχρόνια ερωτήματα σχετικά με τη θεμελιώδη φύση της ύλης.

Η έρευνα περιγράφεται στο α προεκτύπωση σε arXiv.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/high-precision-measurement-of-the-strong-force-is-made-at-cern/