większość materii we wszechświecie składa się z drobnych cząstek zwanych kwarkami. Zwykle nie można zobaczyć kwarka samodzielnie, ponieważ są one zawsze ściśle ze sobą połączone w grupy. Kwarki rozdzielają się tylko w ekstremalnych warunkach, takich jak bezpośrednio po Wielkim Wybuchu lub w centrum gwiazd lub podczas wysokoenergetycznych zderzeń cząstek generowanych w zderzaczach cząstek.
naukowcy z Louisiana Tech University pracują nad badaniem kwarków i siły, która je wiąże, analizując dane z eksperymentu ATLAS w LHC., Ich pomiary mogłyby nam powiedzieć więcej o warunkach wczesnego wszechświata, a nawet wskazywać na nowe, nieodkryte zasady fizyki.
cząstki sklejające kwarki są trafnie nazywane „gluonami.”Gluony przenoszą silną siłę, jedną z czterech podstawowych sił we wszechświecie, które rządzą tym, jak cząstki oddziałują i zachowują się. Silna siła wiąże kwarki w cząstki takie jak protony, neutrony i jądra atomowe.,
jak sama nazwa wskazuje, silna siła jest najsilniejsza—jest 100 razy silniejsza niż siła elektromagnetyczna (która wiąże elektrony w Atomy), 10 000 razy silniejsza niż siła słaba (która rządzi rozpadem radioaktywnym) i sto milionów milionów milionów milionów milionów milionów milionów milionów (1039) razy silniejsza niż grawitacja (która przyciąga cię do ziemi, a ziemię do słońca).
ale stosunek ten zmienia się, gdy cząstki są pompowane pełne energii. Tak jak prawdziwy klej traci swoją lepkość po przegrzaniu, silna siła przenoszona przez gluony staje się słabsza przy wyższych energiach.,
„cząstki grają według zmieniających się zasad” – mówi Markus Wobisch z Louisiana Tech University. „Siła sił i ich wpływ w świecie subatomowym zmienia się wraz ze wzrostem energii cząstek. Jest to podstawowy parametr w naszym rozumieniu materii, ale nie został w pełni zbadany przez naukowców o wysokich energiach.”
charakterystyka spoistości silnej siły jest jednym z kluczowych składników zrozumienia powstawania cząstek po Wielkim Wybuchu i może nawet dostarczyć wskazówek dotyczących nowej fizyki, takich jak ukryte dodatkowe wymiary.,
„dodatkowe wymiary mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego podstawowe siły dramatycznie różnią się siłą”, mówi Lee Sawyer, profesor na Louisiana Tech University. „Na przykład, niektóre z podstawowych sił mogą wydawać się słabe tylko dlatego, że żyją w ukrytych dodatkowych wymiarach i nie możemy zmierzyć ich pełnej siły. Jeśli silna siła jest słabsza lub silniejsza niż oczekiwano przy wysokich energiach, mówi nam to, że czegoś brakuje w naszym podstawowym modelu wszechświata.,”
badając zderzenia wysokoenergetyczne wytwarzane przez LHC, zespół badawczy z Louisiana Tech University scharakteryzował, w jaki sposób silna siła przyciąga energetyczne kwarki do obciążonych cząstek. Wyzwaniem, przed którym stoją, jest to, że kwarki są chaotyczne i kapryśne wewnątrz detektorów cząstek. Ten subatomowy soirée obejmuje setki cząstek, często powstających w wyniku około 20 zderzeń proton-proton zachodzących jednocześnie. Pozostawia to niechlujny sygnał, który naukowcy muszą następnie zrekonstruować i skategoryzować.,
Wobisch i jego współpracownicy opracowali nową metodę badania tych hałaśliwych grup kwarków zwanych dżetami. Mierząc kąty i orientacje dżetów, on i jego koledzy uczą się nowych ważnych informacji o tym, co wydarzyło się podczas kolizji—więcej niż to, co mogą wydedukować poprzez proste liczenie dżetów.
średnia liczba dżetów wytwarzanych przez zderzenia proton-proton odpowiada bezpośrednio sile silnej w energetycznym środowisku LHC.,
„jeśli siła jest silniejsza niż przewidywano, to powinniśmy zauważyć wzrost liczby zderzeń proton-proton, które generują trzy dżety. Ale jeśli silna siła jest słabsza niż przewidywano, to spodziewamy się stosunkowo więcej kolizji, które wytwarzają tylko dwa dżety. Stosunek między tymi dwoma możliwymi wynikami jest kluczem do zrozumienia silnej siły.”
Po włączeniu LHC naukowcy podwoili swój zasięg energetyczny i teraz określili siłę silnej siły do 1.,5 bilionów elektronowoltów, co jest w przybliżeniu średnią energią każdej cząstki we wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu. Wobisch i jego zespół mają nadzieję podwoić tę liczbę ponownie z większą ilością danych.
„jak na razie wszystkie nasze pomiary potwierdzają nasze przewidywania” – mówi Wobisch. „Więcej danych pomoże nam przyjrzeć się silnej sile Przy jeszcze wyższych energiach, dając nam wgląd w sposób, w jaki powstały pierwsze cząstki i mikroskopijną strukturę czasoprzestrzeni.”