Voor het eerst heeft het ALICE-experiment bij de Large Hadron Collider rechtstreeks het fenomeen gemeten dat bekend staat als de "dode kegel", waardoor natuurkundigen rechtstreeks de massa van een fundamenteel deeltje, de charmed quark, konden meten.
Veel van de deeltjes waaruit het zichtbare universum om ons heen bestaat, zijn eigenlijk samenstellende deeltjes die zijn opgebouwd uit minder krachtige fundamentele deeltjes die quarks worden genoemd. Protonen en neutronen bevatten bijvoorbeeld elk drie quarks. Er zijn zes verschillende "smaken" van quarks - omhoog, omlaag, omhoog, omlaag, vreemd en betoverd - elk met verschillende massa's, spins en andere kwantumeigenschappen. Verschillende combinaties van quarks vormen verschillende deeltjes. De quarks worden in deze samenstellende deeltjes bij elkaar gehouden door een kracht die wordt overgebracht door een massaloos deeltje dat een gluon wordt genoemd. Gezamenlijk staan quarks en gluonen bekend als partons.
De Large Hadron Collider op CERN nabij Genève, Zwitserland versnelt protonen met sterke magnetische velden door een 27 km lange tunnel tot een energie van 6,8 TEV, waarna ze met elkaar botsen. Als gevolg van de botsingen wordt een cascade van andere deeltjes gevormd, die zelf uitstoten of vervallen tot nog meer deeltjes, en zo verder in de cascade, die licht kunnen werpen op aspecten van de fundamentele fysica.
Met name quarks en gluonen worden gemaakt en vrijgegeven in een cascade die een partonstroom wordt genoemd, waar quarks gluonen vrijgeven en gluonen zelf andere gluonen met een lagere energie kunnen vrijgeven.
Wetenschappers die aan het ALICE-project (A Large Ion Collider Experiment) werkten, analyseerden drie jaar aan gegevens van proton-protonbotsingen om bewijs te vinden voor het bestaan van een dode kegel. Volgens de theorie van de kwantumchromodynamica, of QCD, is de dode kegel een gebied waar partons met een bepaalde massa en energie geen gluonen kunnen uitzenden. "Het was een hele uitdaging om de dode kegel rechtstreeks te observeren", zei ALICE-woordvoerder Luciano Musa in een persverklaring.
Een deel van de moeilijkheid is dat de dode zone kan worden gevuld met andere subatomaire deeltjes die ontstaan bij proton-protonbotsingen, en het volgen van de beweging van een parton door de stroom is niet eenvoudig omdat het voortdurend van richting verandert.
Om dit probleem op te lossen, ontwikkelden de wetenschappers een methode waarmee ze opnames van partonstreams terug in de tijd konden terugspoelen, waardoor ze konden bepalen waar en wanneer de bijproducten van de stream werden vrijgegeven. Ze zochten met name naar stromen waarbij een gecharmeerde quark betrokken was. Door ze te ontleden, ontdekten de wetenschappers in het patroon van gluonstraling die werd uitgezonden tijdens partonstromen, een gebied waar gluonstraling werd onderdrukt. Dit is een dode kegel.
De bevinding is niet alleen belangrijk omdat het de QCD-profetie bevestigt, maar ook omdat het nu mogelijk is om direct de massa van de charmed quark te meten, die volgens theorie en indirecte metingen 1,275+/-25 MeV/c^2 is. . Volgens QCD is de dode kegel direct gerelateerd aan de partonmassa en kunnen massaloze deeltjes geen dode kegel vormen. De ontdekking van de dode kegel kan de weg vrijmaken voor een nieuw tijdperk van quarkfysica.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook:
- CERN keurde het project goed om een 100 kilometer lange versneller te bouwen voor $ 23 miljard
- De Large Hadron Collider is weer gelanceerd na een onderbreking van drie jaar