Οι φυσικοί που εργάζονται στο πείραμα LHCb έχουν δει στοιχεία ότι η «συγχώνευση κουάρκ» παίζει ρόλο στην εξέλιξη των κουάρκ σε αδρόνια μετά από συγκρούσεις πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Αυτός ο μηχανισμός, ο οποίος προτάθηκε αρχικά στη δεκαετία του 1980, έχει υπάρχοντα κουάρκ με επικαλυπτόμενες κυματοσυναρτήσεις που συνδυάζουν αντί να δημιουργούν νέα κουάρκ. Είναι πιο έντονο σε χαμηλή εγκάρσια ροπή και σταδιακά σβήνει καθώς τα κουάρκ ξεφεύγουν γρήγορα από το σημείο σύγκρουσης.

Τα κουάρκ είναι τα σωματίδια που αποτελούν τα πρωτόνια και τα νετρόνια μέσα στους ατομικούς πυρήνες και πολλά άλλα αδρόνια (βαριά σωματίδια) που αισθάνονται την ισχυρή αλληλεπίδραση. Ένα από τα πιο περίεργα χαρακτηριστικά τους είναι ότι δεν μπορούν ποτέ να παρατηρηθούν μεμονωμένα. Ο κύριος λόγος είναι ότι, σε αντίθεση με τη βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό και την ασθενή αλληλεπίδραση, τα οποία πέφτουν σε ισχύ με την απόσταση, το αποτέλεσμα της ισχυρής αλληλεπίδρασης αυξάνεται καθώς τα δεσμευμένα κουάρκ απομακρύνονται περισσότερο. Εάν τα κουάρκ απέχουν αρκετά μεταξύ τους, το πεδίο γλουονίου που μεσολαβεί στην ισχυρή αλληλεπίδραση περιέχει αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει ζεύγη σωματιδίου-αντισωματιδίου. Αυτά συνδέονται με τα αρχικά κουάρκ, δημιουργώντας νέα δεσμευμένα σωματίδια που μπορεί να είναι είτε μεσόνια (συνδυασμοί ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ) είτε βαρυόνια (που αποτελούνται από τρία κουάρκ). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται κατακερματισμός.

Ωστόσο, τα πειράματα που περιελάμβαναν βαριές συγκρούσεις ιόντων έχουν δείξει ότι αυτή δεν είναι όλη η ιστορία. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι τα κουάρκ μπορούν επίσης να συνδυαστούν στο πυκνό πλάσμα κουάρκ-γλουονίων που σχηματίζεται με τη συντριβή αυτών των μεγάλων σωματιδίων σε μια διαδικασία που ονομάζεται συνένωση.

«Έχετε μια σύγκρουση, δημιουργείτε ένα σωρό ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ που αρχίζουν να απομακρύνονται το ένα από το άλλο, και λόγω της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου κάθε σωματίδιο έχει ένα μήκος κύματος που σας λέει πόσο μεγάλο είναι», εξηγεί ο Matt Durham. Los Alamos National Laboratory στις ΗΠΑ, ο οποίος είναι μέλος της συνεργασίας LHCb.

Τα υπάρχοντα κουάρκ συνδυάζονται

«Αν έχετε τρία κουάρκ που επικαλύπτονται μεταξύ τους, τα παγώνετε μαζί σε ένα βαρυόνιο. Εάν έχετε δύο κουάρκ που επικαλύπτονται, τα παγώνετε μαζί σε ένα μεσόνιο. αν έχετε ένα κουάρκ που δεν επικαλύπτεται με κανένα άλλο, πρέπει να κατακερματιστεί», εξηγεί ο Durham. «Έτσι η συνένωση παίρνει τα κουάρκ που παράγονται στη σύγκρουση και τα κολλάει μεταξύ τους. Ο κατακερματισμός απαιτεί να δημιουργήσετε νέα κουάρκ από το κενό».

Η συνένωση σε συγκρούσεις βαριών ιόντων είναι «γενικά αποδεκτή», λέει ο Durham, επειδή κατά τα άλλα είναι δύσκολο να εξηγηθούν οι αναλογίες πρωτονίων προς ιόντα που παράγονται στα πειράματα. Ωστόσο, οι βαριές συγκρούσεις ιόντων είναι ακατάστατες και οι θεωρητικές προβλέψεις είναι αναπόφευκτα ανακριβείς. Στη νέα έρευνα, η ομάδα LHCb μελέτησε την παραγωγή b κουάρκ σε συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων. Μερικές φορές ονομάζεται κουάρκ βυθού ή ομορφιάς, το κουάρκ b είναι το δεύτερο πιο μαζικό κουάρκ στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.

Η παραγωγή β κουάρκ είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα παράγει είτε ένα βαρυόνιο β-λάμδα είτε ένα Β⁰ μεσόνιο, που και τα δύο περιέχουν κουάρκ ab. Η αναλογία παραγωγής μεταξύ αυτών των δύο έχει μελετηθεί εκτενώς σε πειράματα στα οποία το κουάρκ b παράγεται από συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων – μια διαδικασία που μπορεί να οδηγήσει μόνο σε κατακερματισμό. «Αν έχετε μόνο κατακερματισμό, αυτή η αναλογία θα πρέπει να είναι καθολική», λέει ο Durham.

Η ομάδα του LHCb εξέτασε δεδομένα πολλών ετών σχετικά με τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου και μελέτησε τα προϊόντα διάσπασης από συγκρούσεις που είχαν δημιουργήσει β κουάρκ. Για συγκρούσεις με υψηλή εγκάρσια ροπή σε σχέση με τις συγκρουόμενες δέσμες και λίγα άλλα εξερχόμενα σωματίδια που ανιχνεύθηκαν ταυτόχρονα, η αναλογία βαρυονίου προς μεσόνιο ήταν περίπου ίση με την αναλογία στα πειράματα ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.

Περισσότερα βαρυόνια

Ωστόσο, καθώς η εγκάρσια ροπή έπεφτε και καθώς ο αριθμός των άλλων σωματιδίων που ανιχνεύονταν ταυτόχρονα αυξανόταν, η αναλογία των βαρυονίων σταδιακά αυξήθηκε σε σχέση με την αναλογία των μεσονίων. Αυτό, κατέληξαν οι ερευνητές, ήταν ξεκάθαρη απόδειξη ότι μια άλλη διαδικασία που είναι πιο πιθανό να παράγει βαρυόνια λειτουργούσε σε αυτές τις συγκρούσεις. Σε αυτό το σενάριο, το κουάρκ b περιβάλλεται από άλλα κουάρκ – αλλά αποδοκιμαζόταν ολοένα και περισσότερο καθώς το παραγόμενο κουάρκ ήταν περισσότερο διαχωρισμένο από τα άλλα σωματίδια. «Χρειάζεσαι πραγματικά συνεννόηση για να το εξηγήσεις αυτό», λέει ο Durham, ο οποίος προσθέτει, «νομίζω ότι το έχουμε δείξει αρκετά οριστικά εδώ».

«Σίγουρα βρίσκω τα δεδομένα πειστικά», λέει ο θεωρητικός Ραλφ Ραπ του Texas A&M University; «Υπήρχε μια αποσύνδεση μεταξύ πολύ μικρών συστημάτων – το άκρο είναι ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο, όπου έχετε μόνο ένα ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ – και των συστημάτων βαρέων ιόντων όπου έχετε χιλιάδες κουάρκ. Ο τρόπος με τον οποίο κάνουν πραγματικά την άποψή τους είναι να δείξουν συστηματικά πώς το φαινόμενο εξαφανίζεται και ανακτά το όριο ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων ως συνάρτηση του πόσα αδρόνια παρατηρούνται, το οποίο είναι μια παρατηρήσιμη μέτρηση με πόσα κουάρκ και αντικουάρκ υπάρχουν για να συνενωθούν».

Πειραματιστής Anselm Vossen του Πανεπιστημίου Duke στη Βόρεια Καρολίνα συμφωνεί ότι η εργασία είναι «πολύ ωραία», αλλά σημειώνει ότι οι υποκείμενες υποθέσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των κλασμάτων κατακερματισμού περιλαμβάνουν την απομόνωση των κουάρκ, επομένως δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι δίνουν λανθασμένα αποτελέσματα σε χαμηλή εγκάρσια στιγμή όταν αυτό δεν ισχύει. «Όλα αυτά είναι μοντέλα», λέει. «Είναι πολύ ενδεικτικό ότι αν χρησιμοποιείτε κάτι στο μοντέλο συνένωσης λειτουργεί, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι είναι «η αλήθεια»».

Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.

• 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/evidence-for-quark-coalescence-found-in-lhc-collisions/