mycket av saken i universum består av små partiklar som kallas kvarkar. Normalt är det omöjligt att se en kvark på egen hand eftersom de alltid är bundna tätt ihop i grupper. Kvarkar separeras endast i extrema förhållanden, såsom omedelbart efter Big Bang eller i mitten av stjärnor eller under hög energi partikelkollisioner som genereras i partikelkolliders.
forskare vid Louisiana Tech University arbetar med en studie av kvarkar och den kraft som binder dem genom att analysera data från ATLASEXPERIMENTET vid LHC., Deras mätningar kan berätta mer om förhållandena i det tidiga universum och kan till och med antyda nya, oupptäckta fysikprinciper.
partiklarna som håller kvarkarna ihop är passande namngivna ”gluons.”Gluoner bär den starka kraften, en av fyra grundläggande krafter i universum som styr hur partiklar interagerar och beter sig. Den starka kraften binder kvarkar till partiklar som protoner, neutroner och atomkärnor.,
som namnet antyder är den starka kraften den starkaste-det är 100 gånger starkare än den elektromagnetiska kraften (som binder elektroner till atomer), 10 000 gånger starkare än den svaga kraften (som styr radioaktivt förfall) och hundra miljoner miljoner miljoner miljoner miljoner miljoner miljoner (1039) gånger starkare än gravitationen (som lockar dig till jorden och jorden till solen).
men detta förhållande skiftar när partiklarna pumpas full av energi. Precis som äkta lim förlorar sin klibbighet när den överhettas blir den starka kraften som bärs av gluoner svagare vid högre energier.,
”partiklar spelar med en föränderlig uppsättning regler”, säger Markus Wobisch från Louisiana Tech University. ”Krafternas styrka och deras inflytande inom den subatomiska världen förändras när partiklarnas energi ökar. Detta är en grundläggande parameter i vår förståelse av materia, men har inte undersökts fullständigt av forskare vid höga energier.”
karakterisera den starka kraftens sammanhållning är en av de viktigaste ingredienserna för att förstå bildandet av partiklar efter Big Bang och kan till och med ge tips om ny fysik, såsom dolda extra dimensioner.,
”Extra dimensioner kan hjälpa till att förklara varför de grundläggande krafterna varierar dramatiskt i styrka”, säger Lee Sawyer, professor vid Louisiana Tech University. ”Till exempel kan några av de grundläggande krafterna bara verka svaga eftersom de lever i dolda extra dimensioner och vi kan inte mäta deras fulla styrka. Om den starka kraften är svagare eller starkare än förväntat vid höga energier, berättar det för oss att det saknas något från vår grundläggande modell av universum.,”
genom att studera de högenergikollisioner som produceras av LHC karakteriserar forskargruppen vid Louisiana Tech University hur den starka kraften drar energiska kvarkar i belastade partiklar. Utmaningen de står inför är att kvarkar är rambunctious och kapris runt inuti partikeldetektorerna. Denna subatomära soiré involverar hundratals partiklar, som ofta härrör från cirka 20 proton-protonkollisioner som händer samtidigt. Det lämnar en rörig signal, som forskare sedan måste rekonstruera och kategorisera.,
Wobisch och hans kollegor innoverade en ny metod för att studera dessa rowdy grupper av kvarkar som heter jets. Genom att mäta strålarnas vinklar och orienteringar lär han och hans kollegor viktig ny information om vad som hände under kollisionerna—mer än vad de kan härleda genom att enkelt räkna strålarna.
det genomsnittliga antalet jetstrålar som produceras av Proton-protonkollisioner motsvarar direkt styrkan hos den starka kraften i LHC: s energiska miljö.,
” om den starka kraften är starkare än förväntat, bör vi se en ökning av antalet protonprotonkollisioner som genererar tre jets. Men om den starka kraften faktiskt är svagare än förväntat, så förväntar vi oss att se relativt fler kollisioner som bara producerar två strålar. Förhållandet mellan dessa två möjliga resultat är nyckeln till att förstå den starka kraften.”
Efter att ha slagit på LHC fördubblade forskarna sin energiåtgång och har nu bestämt styrkan hos den starka kraften upp till 1.,5 biljoner elektronvolt, vilket är ungefär Den genomsnittliga energin hos varje partikel i universum strax efter Big Bang. Wobisch och hans team hoppas att fördubbla detta nummer igen med mer data.
”hittills bekräftar alla våra mätningar våra förutsägelser”, säger Wobisch. ”Mer data hjälper oss att titta på den starka kraften vid ännu högre energier, vilket ger oss en glimt av hur de första partiklarna bildades och den mikroskopiska strukturen av rymdtiden.”