Експеримент ALICE на ВАК (Великий адронний колайдер) вперше напряму виміряв явище, відоме як «мертвий конус», що дозволило фізикам безпосередньо виміряти масу фундаментальної частинки – зачарованого кварка.
Багато частинок, що утворюють видимий Всесвіт навколо нас, насправді є складовими частинками, побудованими з менш потужних фундаментальних частинок, відомих як кварки. Наприклад, протони та нейтрони містять по три кварки. Існує шість різних «смаків» кварків – вгору, вниз, вгорі, внизу, дивний та зачарований – кожен з яких має різні маси, спини та інші квантові властивості. Різні комбінації кварків утворюють різні частинки. Кварки утримуються разом у цих складових частинках під дією сили, що передається через безмасову частинку, яка називається глюоном. У сукупності кварки та глюони відомі як партони.
Великий адронний колайдер у ЦЕРНі під Женевою, Швейцарія прискорює протони сильними магнітними полями через тунель завдовжки 27 км до енергії 6,8 ТЕВ, після чого вони стикаються одне з одним. Внаслідок зіткнень утворюється каскад інших частинок, які самі випромінюють або розпадаються на ще більшу кількість частинок, і так далі по каскаду, який може пролити світло на аспекти фундаментальної фізики.
Зокрема, кварки та глюони утворюються і випускаються в каскаді, званому партонним потоком, де кварки випускають глюони, а самі глюони можуть випускати інші, більш низькоенергетичні глюони.
Вчені, які працюють над проєктом ALICE (A Large Ion Collider Experiment) проаналізували трирічні дані протон-протонних зіткнень, щоб знайти докази існування мертвого конуса. Відповідно до теорії квантової хромодинаміки, або КХД, мертвий конус – це область, де партони певної маси та енергії не можуть випускати глюони. «Було дуже складно спостерігати мертвий конус безпосередньо», – сказав представник ALICE Лучано Муса у заяві для преси.
Частково складність полягає в тому, що мертва зона може бути заповнена іншими субатомними частинками, створеними в протон-протонних зіткненнях, а відстежити рух партона через потік непросто, оскільки він постійно змінює напрямок.
Для розв’язання цієї проблеми вчені розробили метод, за допомогою якого вони змогли перемотати записи партонних потоків назад у часі, що дозволило їм визначити, де і коли були випущені побічні продукти потока. Зокрема, вони шукали потоки, у яких брав участь зачарований кварк. Розбираючи їх, вчені виявили у картині глюонного випромінювання, що випускається під час партонних потоків, область, де випромінювання глюонів було придушено. Це мертвий конус.
Знахідка важлива не тільки тому, що вона підтверджує пророцтво КХД, але й тому, що тепер з’явилася можливість безпосередньо виміряти масу зачарованого кварка, яка, відповідно до теорії та непрямих вимірювань, становить 1,275+/-25 МеВ/c^2. Відповідно до КХД, мертвий конус безпосередньо пов’язаний з масою партона, а безмасові частки неспроможні утворити мертвий конус. Відкриття мертвого конуса може прокласти шлях до нової ери фізики кварків.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Читайте також:
- CERN схвалила проєкт будівництва 100-кілометрового колайдера за $23 млрд
- Великий адронний колайдер знову запущено після трирічної перерви