Zum ersten Mal hat das ALICE-Experiment am Large Hadron Collider direkt das Phänomen gemessen, das als "toter Kegel" bekannt ist, und es Physikern ermöglicht, die Masse eines fundamentalen Teilchens, des Charmed Quarks, direkt zu messen.
Viele der Teilchen, aus denen das sichtbare Universum um uns herum besteht, sind tatsächlich konstituierende Teilchen, die aus weniger mächtigen Elementarteilchen bestehen, die als Quarks bekannt sind. Beispielsweise enthalten Protonen und Neutronen jeweils drei Quarks. Es gibt sechs verschiedene „Geschmacksrichtungen“ von Quarks – up, down, up, down, strange und verzaubert – jeweils mit unterschiedlichen Massen, Spins und anderen Quanteneigenschaften. Verschiedene Kombinationen von Quarks bilden verschiedene Teilchen. Die Quarks werden in diesen konstituierenden Teilchen durch eine Kraft zusammengehalten, die durch ein masseloses Teilchen namens Gluon übertragen wird. Zusammen werden Quarks und Gluonen als Partonen bezeichnet.
Der Large Hadron Collider am CERN bei Genf in der Schweiz beschleunigt Protonen mit starken Magnetfeldern durch einen 27 km langen Tunnel auf eine Energie von 6,8 TEV, wonach sie miteinander kollidieren. Als Ergebnis der Kollisionen wird eine Kaskade anderer Teilchen gebildet, die ihrerseits emittieren oder in noch mehr Teilchen zerfallen, und so weiter die Kaskade hinunter, was Licht auf Aspekte der grundlegenden Physik werfen kann.
Insbesondere werden Quarks und Gluonen in einer als Partonstrom bezeichneten Kaskade erzeugt und freigesetzt, in der Quarks Gluonen freisetzen und Gluonen selbst andere, energieärmere Gluonen freisetzen können.
Wissenschaftler, die am ALICE-Projekt (A Large Ion Collider Experiment) arbeiten, analysierten drei Jahre lang Daten von Proton-Proton-Kollisionen, um Beweise für die Existenz eines toten Kegels zu finden. Gemäß der Theorie der Quantenchromodynamik oder QCD ist der tote Kegel ein Bereich, in dem Partonen einer bestimmten Masse und Energie keine Gluonen emittieren können. „Es war sehr herausfordernd, den toten Kegel direkt zu beobachten“, sagte ALICE-Sprecher Luciano Musa in einer Presseerklärung.
Ein Teil der Schwierigkeit besteht darin, dass die Totzone mit anderen subatomaren Teilchen gefüllt werden kann, die bei Proton-Proton-Kollisionen entstehen, und die Verfolgung der Bewegung eines Partons durch die Strömung ist nicht einfach, da sie ständig die Richtung ändert.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Wissenschaftler eine Methode, mit der sie Aufzeichnungen von Parton-Strömen zeitlich zurückspulen konnten, wodurch sie feststellen konnten, wo und wann die Nebenprodukte des Stroms freigesetzt wurden. Insbesondere suchten sie nach Flüssen, an denen ein Charmed Quark beteiligt war. Bei deren Präparation entdeckten die Wissenschaftler im Muster der Gluonenstrahlung, die während der Parton-Flüsse emittiert wurde, einen Bereich, in dem die Gluonenstrahlung unterdrückt wurde. Dies ist ein toter Kegel.
Der Befund ist nicht nur wichtig, weil er die QCD-Prophezeiung bestätigt, sondern auch, weil es nun möglich ist, die Masse des Charmed-Quarks direkt zu messen, die laut Theorie und indirekten Messungen 1,275 +/- 25 MeV/c^2 beträgt . Laut QCD steht der tote Kegel in direktem Zusammenhang mit der Partonmasse, und masselose Teilchen können keinen toten Kegel bilden. Die Entdeckung des toten Kegels könnte den Weg für eine neue Ära der Quarkphysik ebnen.
Sie können der Ukraine helfen, gegen die russischen Invasoren zu kämpfen. Der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, Gelder an die Streitkräfte der Ukraine zu spenden Das Leben retten oder über die offizielle Seite NBU.
Lesen Sie auch:
- CERN genehmigte das Projekt zum Bau eines 100 Kilometer langen Colliers für 23 Milliarden US-Dollar
- Der Large Hadron Collider wurde nach dreijähriger Pause wieder gestartet