Mye av materie i universet er bygget opp av ørsmå partikler kalt kvarker. Vanligvis er det umulig å se en quark på egen hånd, fordi de er alltid bundet tett sammen i grupper. Kvarker bare separat under ekstreme forhold, som umiddelbart etter Big Bang eller i midten av stjerner eller under høy-energi partikkel kollisjoner generert i partikkel colliders.
Forskere ved Louisiana Tech University arbeider på en studie av kvarker og den kraft som binder dem ved å analysere data fra ATLAS-eksperimentet ved LHC., Deres målinger kunne fortelle oss mer om betingelsene i den tidlige universet og kunne til og med et hint om nye, uoppdagede prinsipper i fysikk.
partikler som holder seg sammen kvarker er treffende navnet «gluoner.»Gluoner bære den sterke kraft, en av de fire fundamentale kreftene i universet som styrer hvordan partikler samhandler og oppfører seg. Den sterke kraften som binder kvarker til partikler som protoner, nøytroner og atomic kjerner.,
Som navnet antyder, er den sterke kraft er den sterkeste—det er 100 ganger sterkere enn den elektromagnetiske kraften (som binder seg elektroner i atomer), 10 000 ganger sterkere enn den svake kraften (som styrer radioaktiv nedbrytning), og hundre millioner kroner millioner kroner millioner kroner millioner kroner millioner kroner millioner kroner (1039) ganger sterkere enn tyngdekraften (som tiltrekker deg til jorden, og Jorden til solen).
Men dette forholdet skifter når partiklene er pumpet full av energi. Akkurat som ekte lim mister sin klissete når overopphetet, den sterke kraft gjennomført av gluoner blir svakere ved høyere energier.,
«Partikler spille av en utvikling sett med regler, sier Markus Wobisch fra Louisiana Tech University. «Styrken av krefter og deres innflytelse innenfor den subatomære verden endringer som partikler’ energier øke. Dette er en grunnleggende parameter i vår forståelse av saken, har ennå ikke blitt fullt ut undersøkt av forskere ved høye energier.»
Karakteriserer samkjøring av sterk kraft er en av de viktigste ingrediensene for å forstå dannelsen av partikler etter Big Bang, og kan også gi hint av ny fysikk, som skjulte ekstra dimensjoner.,
«Ekstra dimensjoner kan bidra til å forklare hvorfor de fundamentale kreftene varierer voldsomt i styrke, sier Lee Sawyer, en professor ved Louisiana Tech University. «For eksempel, noen av de fundamentale kreftene bare kunne fremstå som svak fordi de bor i skjulte ekstra dimensjoner og vi kan ikke måle sin fulle styrke. Hvis sterke kraft er svakere eller sterkere enn forventet ved høye energier, dette forteller oss at det er noe som mangler fra vår grunnleggende modell av universet.,»
Ved å studere høy-energi kollisjoner produsert ved LHC, forskerteamet ved Louisiana Tech University er å karakterisere hvordan den sterke kraft trekker energisk kvarker i beheftet partikler. Utfordringen de står overfor, er at kvarker er rambunctious og caper rundt i partikkel-detektorer. Dette subatomære soirée involverer hundrevis av partikler, ofte fremkommer fra ca 20 proton-proton-kollisjoner skjer samtidig. Det etterlater et rotete signal, som forskere må da rekonstruere og kategorisere.,
Wobisch og hans kolleger innført en ny metode for å studere disse bølle grupper av kvarker kalt jets. Ved å måle vinkler og retninger av jets, han og hans kolleger er læring viktig ny informasjon om hva som har skjedd i løpet av kollisjoner—mer enn hva de kan utlede ved enkel telling jets.
gjennomsnittlig antall jets produsert av proton-proton-kollisjoner direkte tilsvarer styrken av sterk kraft i LHC er energisk miljø.,
«Hvis den sterke kraft er sterkere enn forutsatt, da bør vi se en økning i antall proton-protoner kollisjoner som genererer tre jets. Men hvis den sterke kraft er faktisk svakere enn forutsatt, så vi forventer å se relativt flere kollisjoner som produserer bare to jets. Forholdet mellom disse to mulige utfall er nøkkelen til å forstå den sterke kraft.»
Etter at du har slått på LHC, forskere doblet sin energi nå, og har nå bestemt styrken av den sterke kraft opp til 1.,5 billioner electronvolts, som er omtrent den gjennomsnittlige energien til hver partikkel i universet rett etter Big Bang. Wobisch og hans team håper å doble dette antallet igjen med mer data.
«Så langt, er alle våre målinger bekrefter våre spådommer,» Wobisch sier. «Mer data vil hjelpe oss til å se på den sterke kraft på enda høyere energier, noe som gir oss et glimt av hvordan første partikler dannet og mikroskopiske struktur av rom-tid.”