velká část hmoty ve vesmíru je tvořena drobnými částicemi nazývanými kvarky. Za normálních okolností je nemožné vidět kvark sám o sobě, protože jsou vždy pevně svázány ve skupinách. Kvarky pouze samostatné v extrémních podmínkách, jako bezprostředně po Velkém Třesku nebo ve středu hvězdy nebo během kolizí vysoce energetických částic generovaných v urychlovači částic.
vědci z Louisiana Tech University pracují na studii kvarků a síly, která je váže analýzou dat z experimentu ATLAS na LHC., Jejich měření by nám mohla říci více o podmínkách raného vesmíru a mohla by dokonce naznačovat nové, neobjevené principy fyziky.
částice, které drží kvarky dohromady, jsou výstižně pojmenovány “ gluony.“Gluony nesou silnou sílu, jednu ze čtyř základních sil ve vesmíru, která řídí, jak částice interagují a chovají se. Silná síla váže kvarky na částice, jako jsou protony, neutrony a atomová jádra.,
Jak jeho název napovídá, silná síla je nejsilnější—to je 100 krát silnější než elektromagnetická síla (která váže elektrony v atomech), 10 000 krát silnější než slabá síla (která upravuje radioaktivní rozpad), a sto milionů milionů milionů milionů milionů milionů (1039) krát silnější než gravitace (který vás přitahuje k Zemi a Země ke slunci).
ale tento poměr se posune, když jsou částice čerpány plné energie. Stejně jako skutečné lepidlo ztrácí svou lepivost při přehřátí, silná síla nesená gluony se při vyšších energiích stává slabší.,
„částice hrají podle vyvíjejícího se souboru pravidel,“ říká Markus Wobisch z Louisiana Tech University. „Síla sil a jejich vliv v subatomárním světě se mění, jak se energie částic zvyšují. To je základní parametr v našem chápání hmoty, přesto nebyl plně zkoumán vědci s vysokými energiemi.“
Charakterizující soudržnost silné síly je jedním z klíčových složek k pochopení vzniku částic po Velkém Třesku a může dokonce poskytnout náznaky nové fyziky, jako skryté rozměry.,
„další rozměry by mohly pomoci vysvětlit, proč se základní síly dramaticky liší v síle,“ říká Lee Sawyer, profesor na Louisiana Tech University. „Například některé základní síly by se mohly zdát slabé, protože žijí ve skrytých dalších rozměrech a nemůžeme měřit jejich plnou sílu. Pokud je silná síla slabší nebo silnější, než se očekávalo při vysokých energiích, říká nám to, že v našem základním modelu vesmíru něco chybí.,“
studiem vysokoenergetických kolizí produkovaných LHC charakterizuje výzkumný tým na Louisiana Tech University, jak silná síla táhne energetické kvarky do zatížených částic. Výzvou, které čelí, je to, že kvarky jsou hlučné a kapary uvnitř detektorů částic. Tento subatomární večírek zahrnuje stovky částic, často vyplývající z asi 20 proton-protonové srážky se děje současně. Zanechává chaotický signál, který musí vědci poté rekonstruovat a kategorizovat.,
Wobisch a jeho kolegové inovovali novou metodu pro studium těchto hlučných skupin kvarků zvaných jets. Měřením úhlů a orientace trysek se on a jeho kolegové učí důležité nové informace o tom, co se stalo během kolizí—více než to, co mohou odvodit jednoduchým počítáním trysek.
průměrný počet trysek produkovaných srážkami proton-proton přímo odpovídá síle silné síly v energetickém prostředí LHC.,
“ Pokud je silná síla silnější, než se předpokládalo, měli bychom vidět nárůst počtu kolizí proton-protonů, které generují tři trysky. Ale pokud je silná síla ve skutečnosti slabší, než se předpokládalo, pak bychom očekávali relativně více kolizí, které produkují pouze dvě trysky. Poměr mezi těmito dvěma možnými výsledky je klíčem k pochopení silné síly.“
po zapnutí LHC vědci zdvojnásobili svůj energetický dosah a nyní určili sílu silné síly až na 1.,5 bilionů elektronvoltů, což je zhruba průměrná energie každé částice ve vesmíru těsně po Velkém třesku. Wobisch a jeho tým doufají, že toto číslo znovu zdvojnásobí s více daty.
„zatím všechna naše měření potvrzují naše předpovědi,“ říká Wobisch. „Více údajů nám pomůže podívat se na silné síly na ještě vyšší energie, dává nám nahlédnout, jak se první částice vytvořené a mikroskopické struktuře časoprostoru.”