Tilraun hjá CERN veitir vísbendingar sem ögra skilningi eðlisfræðinga á hegðun glúóna

Ný mæling frá ALICE tilrauninni hjá CERN hefur veitt skýrustu sýn hingað til á það hvernig glúónar hegða sér inni í kjörnum atóma. Hún ögrar langvarandi fræðilegu líkani sem kallast kjarnaskuggun og býður upp á vísbendingar um fyrirbæri sem kallast glúónamettun.

Rannsókn á kjarnanum á áður óþekktum kvarða

Rannsóknin, sem birt var í Physical Review Letters, greinir frá fyrstu fjölvíðu mælingunni á ósamfelldri J/ψ ljóseindaframleiðslu sem fall af bæði víxlverkunarorku og skriðþungaflutningi. Vísindamenn notuðu gögn sem safnað var á meðan Run 2 stóð yfir í Large Hadron Collider, þar sem þeir rannsökuðu útlægar víxlverkanir þar sem blýkjarnar fóru nálægt hver öðrum án þess að rekast beint á. Öflug rafsegulsvið í kringum kjarnana sem hreyfast hratt virkuðu sem uppsprettur háorkuljóseinda, sem gátu í stutta stund framleitt J/ψ agnir en myndunarhraði þeirra er næmur fyrir undirliggjandi glúónabyggingu.phys+1

Tilraunin rannsakaði glúónasvið við upplausn upp á 0,6, 0,3 og 0,2 femtómetra, þar sem sú fínasta samsvarar mannvirkjum sem eru um það bil fjórðungur af stærð róteindar. Daniel Tapia Takaki, kjarnaeðlisfræðingur við háskólann í Kansas, sem gegndi lykilhlutverki í rannsókninni, líkti tækninni við að skipta úr óskýrri mynd yfir í smásjá með hárri upplausn.bioengineer+1

Skuggun dugar ekki til

Á minnstu staðbundnu kvarðunum sem kannaðir voru var framleiðsluhraði J/ψ agna bæltur með tölfræðilegri marktækni upp á um þrjú staðalfrávik. Erfitt er að samræma þetta mynstur við kjarnaskuggun, líkan þar sem glúónar frá mismunandi kjarnaeindum skarast og skyggja að hluta á hvert annað, sem dregur úr líkum á ákveðnum víxlverkunum. Þótt skuggun hafi áður lýst mælingum vel, getur hún ekki fyllilega útskýrt nýju gögnin.phys+1

"Athuganirnar samræmast frekar öðru fyrirbæri sem kallast glúónamettun, sem spáð er fyrir um í kenningunni um skammta-litfræði," sagði Takaki. "Á þessu stigi verða glúónar svo þéttir að þeir byrja að hafa sterk samskipti sín á milli, sem takmarkar hversu margir geta verið á tilteknu svæði."phys

Hvers vegna þetta skiptir máli

Glúónar bera sterka kjarnakraftinn og bera ábyrgð á nær öllum massa sýnilegs efnis í alheiminum í gegnum orkuna sem geymd er í sterku víxlverkuninni. Takaki benti á að skilningur á hegðun þeirra sé "nauðsynlegur til að skilja hvernig efnið sjálft öðlast massa sinn og uppbyggingu."bioengineer+1

Niðurstöðurnar staðfesta ekki enn hvert smáatriði glúónamettunar og frekari mælinga verður þörf. Hins vegar, með því að sameina orkuháðar mælingar með upplýsingum um skriðþungaflutning yfir ljóseinda-kjarnaorkur á bilinu 20 til 633 milljarða rafeindavolta, hefur ALICE samstarfið lagt sterkasta tilraunagrundvöllinn hingað til til að greina á milli tveggja keppinautalíkana.phys+1