Διεισδύοντας στο εσωτερικό του πρωτονίου

Posted on 13/06/2017

0


Το πρωτόνιο ανακαλύφθηκε σχεδόν πριν από 100 χρόνια από τον Ernest Rutherford και ήταν ένα από τα πρώτα σωματίδια που μελετήθηκε λεπτομερώς. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά σχετικά με το πρωτόνιο που καλύπτονται με ένα πέπλο μυστηρίου.
Από που προέρχεται η μάζα και το σπιν του; Από τι συνίσταται;
Για να απαντήσουν στις ερωτήσεις αυτές οι φυσικοί του πειράματος ATLAS, στο CERN, χρησιμοποιούν τους «πίδακες» (jets) των σωματιδίων που παράγονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ως μεγεθυντικό φακό για να εξετάσουν την εσωτερική δομή του πρωτονίου.

Μετρήσεις ολικής ενεργού διατομής ως συνάρτηση της εγκάρσιας ορμής του πίδακα (https://arxiv.org/pdf/1706.03192.pdf)

H δομή και η δυναμική του πρωτονίου περιγράφονται από την θεωρία των ισχυρών αλληλεπιδράσεων, την κβαντική χρωμοδυναμική (QCD). H θεωρία περιγράφει το πρωτόνιο (και άλλα αδρόνια) σαν ένα σύστημα από στοιχειώδη σωματίδια, στην περίπτωσή μας από κουάρκς και γλοιόνια. Η QCD προβλέπει επίσης ότι οι «πίδακες» των αδρονίων που παράγονται στις συγκρούσεις του LHC θα πετάξουν μακριά από το σημείο αλληλεπίδρασης σε συγκεκριμένες διακριτές κατευθύνσεις. Αυτές οι κατευθύνσεις αντιστοιχούν σε εκείνες των αρχικών κουάρκς και λεπτονίων.

Η πιθανότητα παρατήρησης ενός πίδακα με συγκεκριμένες κινηματικές ιδιότητες (ονομάζεται «ενεργός διατομή») μπορεί να υπολογιστεί από την QCD. Υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα να παραχθεί ένας πίδακας με μικρή εγκάρσια ορμή (η ορμή στο επίπεδο που είναι κάθετο στη δέσμη) από την παραγωγή ενός πίδακα με μεγάλη εγκάρσια ορμή.
Ο ανιχνευτής ATLAS μπορεί να μετράει πίδακες σε ένα μεγάλο εύρος εγκάρσιων ορμών, με ρυθμό παραγωγής που μεταβάλλεται περισσότερο από δέκα τάξεις μεγέθους. Έχουν ανιχνευθεί δισεκατομμύρια πίδακες με εγκάρσια ορμή 100 GeV, αλλά μέχρι τώρα έχουμε δει πολύ λίγους πίδακες με ορμή 2 TeV. H εντυπωσιακή επιτυχία της QCD είναι πως καταφέρνει να περιγράψει αυτό το μεγάλο εύρος ενεργειών με μεγάλη ακρίβεια.

Σε μια πρόσφατη δημοσίευση, οι φυσικοί του ATLAS, μέτρησαν πόσοι πίδακες μιας δεδομένης εγκάρσιας ορμής υπήρξαν στα δεδομένα του 2012. Στη συνέχεια συνέκριναν τα αποτέλεσματα με διάφορες θεωρητικές προβλέψεις και βρέθηκαν να συμφωνούν. Αυτά τα αποτελέσματα αναμένεται να περιορίσουν τις αυθαίρετες παραμέτρους που απαιτούνται για την περιγραφή της δομής του πρωτονίου.

πηγή: http://atlas.cern/updates/physics-briefing/more-sum-its-parts-inside-proton

Ετικέτα: , ,