veel van de materie in het heelal bestaat uit kleine deeltjes, quarks genaamd. Normaal is het onmogelijk om een kwark alleen te zien omdat ze altijd in groepen strak aan elkaar zijn gebonden. Quarks scheiden alleen in extreme omstandigheden, zoals direct na de oerknal of in het centrum van sterren of tijdens botsingen met hoge energiedeeltjes die worden gegenereerd in deeltjesversnellers.
wetenschappers van de Louisiana Tech University werken aan een studie van quarks en de kracht die hen bindt door gegevens te analyseren van het ATLAS-experiment aan de LHC., Hun metingen kunnen ons meer vertellen over de omstandigheden van het vroege heelal en kunnen zelfs wijzen op nieuwe, onontdekte principes van de fysica.
de deeltjes die quarks aan elkaar plakken worden toepasselijk gluonen genoemd.”Gluonen dragen de sterke kracht, een van de vier fundamentele krachten in het universum die bepalen hoe deeltjes interageren en zich gedragen. De sterke kracht bindt quarks in deeltjes zoals protonen, neutronen en atoomkernen.,
zoals de naam al doet vermoeden, is de sterke kracht het sterkst-ze is 100 keer sterker dan de elektromagnetische kracht (die elektronen bindt tot atomen), 10.000 keer sterker dan de zwakke kracht (die radioactief verval regelt), en honderd miljoen miljoen miljoen miljoen miljoen miljoen (1039) keer sterker dan de zwaartekracht (die je naar de aarde trekt en de aarde naar de zon).
maar deze verhouding verschuift wanneer de deeltjes vol energie worden gepompt. Net zoals echte lijm zijn kleverigheid verliest bij oververhitting, wordt de sterke kracht die door gluonen wordt gedragen zwakker bij hogere energieën.,”deeltjes spelen door een evoluerende set regels”, zegt Markus Wobisch van de Louisiana Tech University. “De kracht van de krachten en hun invloed binnen de subatomaire wereld verandert naarmate de energieën van de deeltjes toenemen. Dit is een fundamentele parameter in ons begrip van materie, maar is nog niet volledig onderzocht door wetenschappers bij hoge energieën.”
het karakteriseren van de samenhang van de sterke kracht is een van de belangrijkste ingrediënten om de vorming van deeltjes na de oerknal te begrijpen en kan zelfs hints van nieuwe fysica geven, zoals verborgen extra dimensies.,”Extra dimensies kunnen helpen verklaren waarom de fundamentele krachten sterk variëren”, zegt Lee Sawyer, een professor aan de Louisiana Tech University. “Sommige fundamentele krachten kunnen bijvoorbeeld alleen zwak lijken omdat ze in verborgen extra dimensies leven en we hun volle kracht niet kunnen meten. Als de sterke kracht zwakker of sterker is dan verwacht bij hoge energieën, vertelt dit ons dat er iets ontbreekt in ons basismodel van het universum.,”
door het bestuderen van de high-energy botsingen geproduceerd door de LHC, karakteriseert het onderzoeksteam van de Louisiana Tech University hoe de sterke kracht energetische quarks trekt in bezwaarde deeltjes. De uitdaging waar ze voor staan is dat quarks onstuimig zijn en rondhuppelen in de deeltjesdetectoren. Bij deze subatomaire soirée zijn honderden deeltjes betrokken, vaak voortkomend uit ongeveer 20 proton-proton botsingen die gelijktijdig plaatsvinden. Het laat een rommelig signaal achter, dat wetenschappers dan moeten reconstrueren en categoriseren.,Wobisch en zijn collega ‘ s innoveerden een nieuwe methode om deze lawaaiige groepen quarks genaamd jets te bestuderen. Door de hoeken en oriëntaties van de jets te meten, leren hij en zijn collega ‘ s belangrijke nieuwe informatie over wat er gebeurde tijdens de botsingen—meer dan wat ze kunnen afleiden door simpelweg de jets te tellen.
Het gemiddelde aantal stralen geproduceerd door proton-proton botsingen komt direct overeen met de sterkte van de sterke kracht in de energetische omgeving van de LHC.,
” als de sterke kracht sterker is dan voorspeld, dan zouden we een toename moeten zien in het aantal Proton-protonen botsingen die drie jets genereren. Maar als de sterke kracht zwakker is dan voorspeld, dan verwachten we relatief meer botsingen die slechts twee jets produceren. De verhouding tussen deze twee mogelijke uitkomsten is de sleutel tot het begrijpen van de sterke kracht.”
na het aanzetten van de LHC hebben wetenschappers hun energiebereik verdubbeld en hebben ze nu de sterkte van de sterke kracht vastgesteld tot 1.,5 biljoen elektronvolt, wat ongeveer de gemiddelde energie is van elk deeltje in het heelal net na de oerknal. Wobisch en zijn team hopen dit Aantal opnieuw te verdubbelen met meer gegevens.
” tot nu toe bevestigen al onze metingen onze voorspellingen”, zegt Wobisch. “Meer gegevens zullen ons helpen om te kijken naar de sterke kracht op nog hogere energieën, wat ons een glimp geeft van hoe de eerste deeltjes zich vormden en de microscopische structuur van ruimte-tijd.”