Vědci modelují "blikání" gluonů v subatomických smashups

Heather Barnett: What humans can learn from semi-intelligent slime (Smět 2019).

Anonim

Vědci, kteří zkoumají dynamické chování částic vyvstávajících z subatomického smashupu v relativistickém Heavy Ion Collideru (RHIC) - útvaru US Department of Energy pro výzkum jaderné fyziky na DOE Brookhaven National Laboratory - se stále více zajímají o roli gluonů. Tyto částice podobné lepidlu obvykle váží kvarky uvnitř protonů a neutronů a zdá se, že hrají přehnanou roli při určování vlastností klíčových částic.

Nová studie, která byla zveřejněna ve Fyzické revizní listině, ukazuje, že vysoký stupeň fluktuace gluonů - jakýsi blikatý přeuspořádání v distribuci gluonové hustoty v jednotlivých protonech - by mohl pomoci vysvětlit některé z pozoruhodných výsledků u experimentů RHIC i jaderné fyziky na Large Hadron Collider (LHC) v Evropě.

Právě teď není možné přímo vidět distribuci gluonů v jednotlivých protonech a jádrech - dokonce i u nejsilnějších urychlovačů částic. Takže teoretici fyziky Brookhaven Lab Björn Schenke a Heikki Mäntysaari vyvinuli matematický model, který reprezentuje různé uspořádání gluonů v protonu.

"Je velmi přesně známo, jak velká je průměrná gluonová hustota uvnitř protonu, " řekl Mäntysaari. "To, co není známo, je přesně tam, kde jsou gluony umístěné uvnitř protonu. Modelujeme gluony, které se nacházejí kolem tří válcových kvarků a řídíme kolísání výkyvů v modelu tím, že stanovíme, jak velké jsou gluonové mraky a jak daleko od sebe jsou od sebe navzájem. "

Výkyvy představují chování gluonů v částicích zrychlených na vysokou energii, jelikož se jedná o srážky jako RHIC a LHC. Za těchto podmínek jsou gluony virtuálními částicemi, které se nepřetržitě rozdělují a rekombinují, v podstatě blikají v a ven z existence, jako světla, které na noční obloze blikají a vypínají.

Vědci by rádi věděli, zda a jak tyto kolísání ovlivňují chování částic, které vznikly, když se protony srazí s těžkými jádry, jako jsou zlaté ionty urychlené u RHIC. Údaje z kolonií protónu a zlata RHIC az kolonií protonu a olova LHC ukázaly důkazy o "kolektivních jevech" - částicích, které vznikají s jistými "znalostmi" o sobě navzájem a v některých preferovaných směrech spíše než jednotně. V RHIC a LHC smashup dvou velkých částic (zlato-zlatý nebo olovnatý olovo), toto kolektivní chování a směr-závislý tok byl vysvětlen kapalným stavem kvarků a gluonů - "dokonalá kapalina" kvark-gluonová plazma (QGP) - vznikla tato kolize. Ale srážky malých protonů s většími jádry nemají vytvářet QGP. A současná znalost QGP nemůže zcela vysvětlit experimentální výsledky.

"Pokud chceme porozumět tomu, co se stane, musíme znát geometrii protonu těsně před kolizí. Je to rozdíl, pokud máte kulatý objekt, který zasáhne jádro, a něco s nepravidelnější strukturou zasáhnou jádro, " Mäntysaari řekl. "Kolektivní chování, které vidíme v experimentech, může znamenat, že proton je nějakou složitější strukturou, " dodal a poznamenal, že zkoumání vnitřní struktury protonu je základním výzkumným úsilím pro jaderné fyziky.

Model, který vyvinuli Mäntysaari a Schenke, popisuje, jak může struktura protonů kolísat. Pro testování modelu se obrátili na jinou sadu experimentálních dat - výsledky kolizí elektronů s protony u akcelerátoru HERA v Německu. Zvláštní reakce, která se někdy vyskytuje při těchto srážkách - kde se produkuje částice nazývaná J / psi a proton rozpadá na rozprašování jiných částic - je vysoce závislá na úrovni strukturálních kolísání protonu.

Teoretici Brookhaven používali svůj model k předpovědi frekvence této interakce při změně úrovně fluktuace gluonu a porovnávali jejich výpočty s experimentálně pozorovanými daty. Zjistili, že verze jejich modelu s nejvyšším stupněm výkyvů byla ta, která nejlépe odpovídá datům.

"Tento proces se vůbec neděje, jestliže proton vždy vypadá stejně. Čím více kolísání máme, tím je pravděpodobné, že se tento proces stane, " řekl Mäntysaari.

On a Schenke nyní chtějí použít tyto poznatky ke kolizi s protonovým jádrem.

"Když jsou do hydrodynamických modelů QGP začleněny fluktuace gluonů, získáváme lepší shodu s experimentálními daty z těchto kolonií protónového jádra, " uvedl Mäntysaari.

Jak uvedl Schenke: "To znamená, že vytvoření silně interagujícího QGP v kolizi s jádrem protonu poskytuje možné vysvětlení experimentálně pozorované kolektivity."

Pokud komunita jaderné fyziky vytvoří plánovaný budoucí projekt nazvaný elektronický iontový srážeč (EIC), budou mít příležitost zlepšit přesnost těchto výsledků.

"EIC nám umožní přesněji měřit a v různých kinematikách - jak kolísání závisí na energii, například, " řekl Mäntysaari. "A EIC může také udělat stejný druh studií v jaderných cílech, aby zjistil, kolik struktura jádra kolísá událost podle události."

V podstatě by EIC byl opravdovým gluonovým zobrazovacím strojem - způsobem, jak přímo prozkoumat vnitřní strukturu stavebních bloků viditelné hmoty, včetně lepidla, které dnes váže všechno ve vesmíru.

menu
menu