Για πρώτη φορά, το πείραμα ALICE στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων μέτρησε απευθείας το φαινόμενο γνωστό ως «νεκρός κώνος», επιτρέποντας στους φυσικούς να μετρήσουν άμεσα τη μάζα ενός θεμελιώδους σωματιδίου, του γοητευμένου κουάρκ.
Πολλά από τα σωματίδια που συνθέτουν το ορατό σύμπαν γύρω μας είναι στην πραγματικότητα συστατικά σωματίδια κατασκευασμένα από λιγότερο ισχυρά θεμελιώδη σωματίδια γνωστά ως κουάρκ. Για παράδειγμα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια περιέχουν τρία κουάρκ το καθένα. Υπάρχουν έξι διαφορετικές «γεύσεις» κουάρκ – πάνω, κάτω, πάνω, κάτω, παράξενα και μαγεμένα – το καθένα με διαφορετικές μάζες, σπιν και άλλες κβαντικές ιδιότητες. Διαφορετικοί συνδυασμοί κουάρκ σχηματίζουν διαφορετικά σωματίδια. Τα κουάρκ συγκρατούνται μαζί σε αυτά τα συστατικά σωματίδια με μια δύναμη που μεταδίδεται μέσω ενός σωματιδίου χωρίς μάζα που ονομάζεται γκλουόνιο. Συλλογικά, τα κουάρκ και τα γκλουόνια είναι γνωστά ως παρτόνια.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας επιταχύνει πρωτόνια με ισχυρά μαγνητικά πεδία μέσω μιας σήραγγας μήκους 27 km σε ενέργεια 6,8 TEV, μετά την οποία συγκρούονται μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων, σχηματίζεται ένας καταρράκτης από άλλα σωματίδια, τα οποία εκπέμπουν ή διασπώνται σε ακόμη περισσότερα σωματίδια, και ούτω καθεξής στον καταρράκτη, που μπορεί να ρίξει φως σε πτυχές της θεμελιώδης φυσικής.
Συγκεκριμένα, τα κουάρκ και τα γκλουόνια δημιουργούνται και απελευθερώνονται σε έναν καταρράκτη που ονομάζεται ρεύμα παρτονίου, όπου τα κουάρκ απελευθερώνουν γκλουόνια και τα ίδια τα γκλουόνια μπορούν να απελευθερώσουν άλλα γκλουόνια χαμηλότερης ενέργειας.
Οι επιστήμονες που εργάζονται στο έργο ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ανέλυσαν δεδομένα τριών ετών από συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων για να βρουν στοιχεία για την ύπαρξη νεκρού κώνου. Σύμφωνα με τη θεωρία της κβαντικής χρωμοδυναμικής ή QCD, ο νεκρός κώνος είναι μια περιοχή όπου μέρη μιας συγκεκριμένης μάζας και ενέργειας δεν μπορούν να εκπέμπουν γκλουόνια. «Ήταν πολύ δύσκολο να παρατηρήσω απευθείας τον νεκρό κώνο», δήλωσε ο εκπρόσωπος της ALICE Λουτσιάνο Μούσα σε μια δήλωση Τύπου.
Μέρος της δυσκολίας είναι ότι η νεκρή ζώνη μπορεί να γεμίσει με άλλα υποατομικά σωματίδια που δημιουργούνται σε συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου και η παρακολούθηση της κίνησης ενός παρτονίου μέσω της ροής δεν είναι εύκολη επειδή αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο με την οποία μπόρεσαν να επανατυλίξουν τις εγγραφές των ροών parton πίσω στο χρόνο, επιτρέποντάς τους να προσδιορίσουν πού και πότε κυκλοφόρησαν τα υποπροϊόντα του ρεύματος. Συγκεκριμένα, αναζήτησαν ροές που εμπλέκουν ένα γοητευμένο κουάρκ. Ανατέμνοντάς τα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν στο μοτίβο της ακτινοβολίας γκλουονίου που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια των ροών του παρτονίου, μια περιοχή όπου η ακτινοβολία γκλουονίου καταστέλλεται. Αυτός είναι ένας νεκρός κώνος.
Το εύρημα είναι σημαντικό όχι μόνο επειδή επιβεβαιώνει την προφητεία QCD, αλλά και επειδή είναι πλέον δυνατή η απευθείας μέτρηση της μάζας του γοητευμένου κουάρκ, η οποία, σύμφωνα με τη θεωρία και τις έμμεσες μετρήσεις, είναι 1,275+/-25 MeV/c^2 . Σύμφωνα με το QCD, ο νεκρός κώνος σχετίζεται άμεσα με τη μάζα του παρτονίου και τα σωματίδια χωρίς μάζα δεν μπορούν να σχηματίσουν νεκρό κώνο. Η ανακάλυψη του νεκρού κώνου θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια νέα εποχή της φυσικής των κουάρκ.
Μπορείτε να βοηθήσετε την Ουκρανία να πολεμήσει ενάντια στους Ρώσους εισβολείς. Ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να δωρίσετε χρήματα στις Ένοπλες Δυνάμεις της Ουκρανίας μέσω Savelife ή μέσω της επίσημης σελίδας NBU.
Διαβάστε επίσης:
- Το CERN ενέκρινε το έργο για την κατασκευή ενός επιταχυντή μήκους 100 χιλιομέτρων για 23 δισεκατομμύρια δολάρια
- Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων εκτοξεύτηκε ξανά μετά από τριετή παύση