RW Space

Вселенная подобна воде, текущей с горы, и это не духовная мантра в стиле Нью-Эйдж.

Частицы и системы самопроизвольно переходят в состояния с более низкой энергией, в том числе тяжелые частицы распадаются на более легкие. 

Протоны находятся у подножия этого холма. Это легчайший барион (субатомная частица, состоящая из кварков), и распад протона никогда не наблюдался.

И теперь исследователи нашли доказательства того, что одно из определяющих свойств протона может работать иначе, чем мы предполагали. И это может помочь объяснить давнюю загадку о том, что именно удерживает материю во Вселенной.

Очевидная стабильность связана с сохранением барионного числа, которое помогает отличать материю от антиматерии.

Принято считать, что барионное число переносится тремя валентными кварками, из которых состоят барионы, такими как протоны и нейтроны. 

Но теперь, после десятилетий неопределенности, новое революционное исследование с использованием столкновений частиц высоких энергий предоставило одни из самых убедительных экспериментальных доказательств против этой простой картины валентных кварков.

Опубликованное в Science, исследование подтверждает идею о том, что барионное число на самом деле содержится в Y-образном «барионе» частицы соединение», образованное безмассовыми глюонами, которые действуют как клей, удерживающий барионы вместе. 

Хотя это было предложено в 1970-х годах, физики не смогли должным образом проверить эти две конкурирующие теории – до сих пор, проясняя фундаментальную загадку: 

«Три конца. Барионный переход связан с валентными кварками, поэтому для большинства физических процессов невозможно отличить, несут ли барионное число барионный кварк или валентный кварк», — пишут исследователи. 

«По этой причине ни один из сценариев не был однозначно проверен экспериментально».

Как это часто бывает с загадочными физиками элементарных частиц, лучшим способом их изучения может быть столкновение частиц друг с другом почти со скоростью света.

Соответственно, огромная исследовательская группа назвала Сотрудники STAR Collaboration проанализировали результаты различных типов столкновений, происходящих в релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), ныне вышедшем из эксплуатации ускорителе и разбителе частиц в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке.

Команда проанализировала результаты фотоядерных столкновений и изобарных ядерных столкновений, а затем сравнила эти результаты с несколькими вычислительными моделями, моделирующими столкновения частиц высоких энергий. 

Изобарные ядерные столкновения включают столкновение двух ядер с одинаковым массовым числом, а затем измерение чистого количества перенесенных барионов по отношению к суммарному электрическому заряду между различными видами ядер – в данном случае сталкивающимися ядрами атомов рутения и циркония.

Это должно создать особую сигнатуру, поскольку известно, что валентные кварки несут электрический заряд, тогда как переход несет нулевой электрический заряд.

Исследователи обнаружили, что барионы перемещаются через плотную энергетическую зону столкновения дальше, чем электрический заряд, предполагая, что барионное число переносится соединением, которое не замедляется так сильно, как электрически заряженная валентность. кварки.

С другой стороны, фотоядерные столкновения исследуют взаимодействие фотонов (частиц света) и ядер атомов золота, когда они приближаются друг к другу с релятивистскими скоростями.

На таких головокружительных скоростях положительно заряженные ядра золота генерируют электромагнитное поле или, по сути, виртуальный, «квазиреальный» фотон. 

«Итак, когда ионы движутся со скоростью, близкой к скорости света, существует группа фотонов, окружающих ядро золота, путешествующих вместе с ним, как облако», — объясняет Чжанбу Сюй, физик из штата Кент. Университет и член сотрудничества STAR, в предыдущей статье. 

Эти импровизированные фотоны затем сталкиваются с ядрами золота, обеспечивая «чистое» представление о переносе барионного числа — все барионы, обнаруженные в образовавшихся «обломках», должны быть связаны с ядрами золота. число, любое чистое барионное число, измеренное после взаимодействия, в конечном итоге должно исходить из ядра золота.

Согласно экспериментам с изобарами, это, по-видимому, согласуется с предсказаниями теории Редже, которая включает барионный переход лучше, чем моделирование на основе валентных кварков.

«Эти результаты подтверждены данными, ранее сообщенными STAR от столкновений Au+Au при различных энергиях пучков противоречит картине валентных кварков», — пишут исследователи.

В сопроводительной статье «Научная перспектива» физик из Университета штата Миссисипи Вэньлян Ли подчеркивает, что, хотя новые измерения предполагают, что глюоны могут способствовать переносу барионных чисел, они не обеспечивают прямого, строго контролируемого измерения основного механизма.

При дополнительных исследованиях это может в конечном итоге помочь физикам понять дисбаланс материи и антиматерии, который способствовал существованию Вселенной, какой мы ее видим сегодня, одной из величайших космических загадок. 

«Определение того, переносят ли кварки или глюонное поле барионное число, может способствовать пониманию того, как организуется сильное взаимодействие между субатомными частицами стабильная материя и причины дисбаланса между материей и антиматерией во Вселенной», — пишет Ли.

По теме: Физики нашли способ «разделить» частицы света пополам, чтобы получить бесконечные фотоны

В будущем нас ждет еще больше столкновений атомов, в том числе с появлением мощного электрон-ионного проекта Брукхейвенской национальной лаборатории. Коллайдер.

«Дальнейшие исследования существующих и альтернативных теорий оправданы; чтобы быть жизнеспособными, такие теории должны одновременно объяснять все наблюдаемые явления», — заключают исследователи. 

«И пока только структура барионного перехода остается качественно последовательной». 

Это исследование было опубликовано в журнале Science.