För första gången mätte ALICE-experimentet vid Large Hadron Collider fenomenet som kallas "den döda konen", vilket gjorde det möjligt för fysiker att direkt mäta massan av en fundamental partikel, den charmade kvarken.
Många av partiklarna som utgör det synliga universum runt omkring oss är faktiskt ingående partiklar byggda av mindre kraftfulla fundamentala partiklar som kallas kvarkar. Till exempel innehåller protoner och neutroner tre kvarkar vardera. Det finns sex olika "smaker" av kvarkar – upp, ner, upp, ner, konstiga och förtrollade – var och en med olika massor, spinn och andra kvantegenskaper. Olika kombinationer av kvarkar bildar olika partiklar. Kvarkarna hålls samman i dessa ingående partiklar av en kraft som överförs genom en masslös partikel som kallas gluon. Tillsammans kallas kvarkar och gluoner som partoner.
Large Hadron Collider vid CERN nära Genève, Schweiz accelererar protoner med starka magnetfält genom en 27 km lång tunnel till en energi på 6,8 TEV, varefter de kolliderar med varandra. Som ett resultat av kollisionerna bildas en kaskad av andra partiklar, som själva avger eller sönderfaller till ännu fler partiklar, och så vidare nerför kaskaden, vilket kan belysa aspekter av fundamental fysik.
Särskilt kvarkar och gluoner skapas och frigörs i en kaskad som kallas en partonström, där kvarkar släpper gluoner och gluoner själva kan släppa andra, lägre energigluoner.
Forskare som arbetade på ALICE-projektet (A Large Ion Collider Experiment) analyserade tre års data från proton-protonkollisioner för att hitta bevis på existensen av en död kon. Enligt teorin om kvantkromodynamik, eller QCD, är den döda konen ett område där delar av en viss massa och energi inte kan avge gluoner. "Det var mycket utmanande att observera den döda konen direkt", sa ALICEs talesman Luciano Musa i ett pressmeddelande.
En del av svårigheten är att den döda zonen kan fyllas med andra subatomära partiklar som skapas i proton-protonkollisioner, och att spåra en partons rörelse genom flödet är inte lätt eftersom det hela tiden ändrar riktning.
För att lösa detta problem utvecklade forskarna en metod med vilken de kunde spola tillbaka inspelningar av partonströmmar bakåt i tiden, så att de kunde avgöra var och när strömmens biprodukter släpptes. I synnerhet letade de efter flöden som involverade en charmad kvarg. Genom att dissekera dem upptäckte forskarna i mönstret av gluonstrålning som sänds ut under partonflöden, ett område där gluonstrålning undertrycktes. Det här är en död kotte.
Fyndet är viktigt inte bara för att det bekräftar QCD-profetin, utan också för att det nu är möjligt att direkt mäta massan av den charmerade kvarken, som enligt teori och indirekta mätningar är 1,275+/-25 MeV/c^2 . Enligt QCD är den döda konen direkt relaterad till partonmassan, och masslösa partiklar kan inte bilda en död kon. Upptäckten av den döda konen kan bana väg för en ny era av kvarkfysik.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också:
- CERN godkände projektet att bygga en 100 kilometer lång kolliderare för 23 miljarder dollar
- Large Hadron Collider har lanserats igen efter tre års uppehåll