Life Style

สัญญาณที่ 1 ของ 'ภาวะเอกฐานสามเหลี่ยม' ที่เข้าใจยากแสดงให้เห็นอนุภาคที่แลกเปลี่ยนตัวตนระหว่างเที่ยวบิน

An abstract image of a high-energy collision creating a new particle such as the Higgs boson.

)
(เครดิตรูปภาพ: นิตยสาร All About Space ผ่าน เก็ตตี้อิมเมจ)

นักฟิสิกส์ที่กลั่นกรองข้อมูลเครื่องเร่งอนุภาคแบบเก่าได้ค้นพบหลักฐานที่ไม่เคยมีมาก่อน -เห็นกระบวนการ: ที่เรียกว่าภาวะเอกฐานสามเหลี่ยม

จินตนาการครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Lev Landau ใน 1 ยุค 950 ภาวะเอกฐานรูปสามเหลี่ยมหมายถึงกระบวนการย่อยของอะตอมที่หายากซึ่งอนุภาคแลกเปลี่ยนข้อมูลประจำตัวก่อนที่จะบินออกจากกัน ในสถานการณ์สมมตินี้ อนุภาคสองอนุภาคที่เรียกว่า kaons ก่อตัวเป็นมุมสองมุมของรูปสามเหลี่ยม ขณะที่อนุภาคที่สลับกันสร้างจุดที่สามบนสามเหลี่ยม

“NS อนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนควาร์กและเปลี่ยนอัตลักษณ์ของพวกมันในกระบวนการ” ผู้ร่วมวิจัย Bernhard Ketzer จาก Helmholtz Institute for Radiation and Nuclear Physics แห่งมหาวิทยาลัยบอนน์

กล่าวในคำสั่ง

.

ที่เกี่ยวข้อง:

18 ความลึกลับที่ยังไม่แก้ที่ใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์

และเรียกว่าภาวะเอกฐาน เนื่องจากวิธีการทางคณิตศาสตร์ในการอธิบายปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคย่อยของอะตอมพังทลายลง

ถ้านี้ เอกลักษณ์ของอนุภาคแปลก ๆ – การแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นจริง ๆ มันสามารถช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจ ความแข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมนิวเคลียสเข้าด้วยกัน

ชี้เข็มทิศ

ในปี 2558 นักฟิสิกส์ที่ศึกษาการชนของอนุภาคที่ CERN ในสวิตเซอร์แลนด์คิดว่าพวกเขาจับ เหลือบสั้น ๆ ของคอลเล็กชั่นแปลกใหม่อายุสั้นที่เรียกว่าเตตระควาร์ก แต่งานวิจัยชิ้นใหม่นี้สนับสนุนการตีความที่แตกต่างออกไป แทนที่จะสร้างกลุ่มใหม่ อนุภาคคู่หนึ่งแลกเปลี่ยนอัตลักษณ์ก่อนที่จะบินออกไป การแลกเปลี่ยนข้อมูลประจำตัวนี้เรียกว่าภาวะเอกฐานสามเหลี่ยม และการทดลองนี้อาจส่งหลักฐานแรกของกระบวนการนั้นโดยไม่คาดคิด

การทดลอง COMPASS (เครื่องมือ Muon ทั่วไปและโปรตอนสำหรับโครงสร้างและสเปกโทรสโกปี) ที่ CERN ศึกษากำลังที่แข็งแกร่ง ในขณะที่แรงมีงานที่ง่ายมาก (ทำให้โปรตอนและนิวตรอนเกาะติดกัน) แรงเองก็ซับซ้อนจนเวียนหัว และนักฟิสิกส์ก็มีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการอธิบายพฤติกรรมของมันในทุกปฏิกิริยา

ดังนั้นเพื่อให้เข้าใจถึงพลังที่แข็งแกร่งนักวิทยาศาสตร์ที่ COMPASS ทุบอนุภาค พร้อมกันด้วยพลังงานสูงมากภายในคันเร่งที่เรียกว่าซูเปอร์โปรตอนซิงโครตรอน จากนั้นพวกเขาก็คอยดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น

พวกเขาเริ่มต้นด้วย pion ซึ่งทำจากสองหน่วยการสร้างพื้นฐาน ควาร์กและแอนติควาร์ก แรงที่แข็งแกร่งทำให้ควาร์กและแอนติควาร์กเกาะติดกันภายในไพออน ไม่เหมือนที่อื่น พลังพื้นฐานของธรรมชาติ ซึ่งอ่อนลงตามระยะทาง แรงยิ่งแข็งแกร่ง ยิ่งควาร์กห่างกัน ได้ (ลองนึกภาพควาร์กในไพออนที่รัดด้วยหนังยาง ยิ่งดึงออกจากกันยาก)

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์เร่งความเร็วของไพออนนั้นจนเกือบเท่าความเร็วแสงแล้วกระแทกให้เป็น อะตอมไฮโดรเจน . การชนกันนั้นจะทำลายพันธะแรงระหว่างควาร์ก ปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้ทั้งหมดออกมา “สิ่งนี้ถูกแปลงเป็นสสารซึ่งสร้างอนุภาคใหม่” Ketzer กล่าว “การทดลองเช่นนี้ทำให้เรามีข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับการปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง”

An abstract image of a high-energy collision creating a new particle such as the Higgs boson.An abstract image of a high-energy collision creating a new particle such as the Higgs boson.

แรงพื้นฐานของธรรมชาติมีอยู่ 4 อย่าง ได้แก่ แรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นกลุ่มที่อ่อนแอที่สุด (ดังแสดงในมุมซ้ายบน) แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งทำงานบนเครื่องชั่งที่เล็กกว่ามาก แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอซึ่งรับผิดชอบนิวคลีออนภายในอะตอมที่เปลี่ยนจากโปรตอนเป็นนิวตรอนและปล่อยรังสีบีตาในกระบวนการ และแรงที่แข็งแกร่งซึ่งยึดนิวคลีออนไว้ในนิวเคลียสของอะตอมและควาร์กภายในนิวคลีออนด้วยกันเอง (เครดิตภาพ: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY ผ่าน Getty Images) สี่ควาร์กหรือสามเหลี่ยม?ย้อนกลับไปในปี 2015 COMPASS วิเคราะห์สถิติการชนกัน 50 ล้านครั้ง และพบสัญญาณที่น่าสนใจ ผลที่ตามมาของการชนเหล่านั้น น้อยกว่า 1% ของเวลาที่อนุภาคใหม่ปรากฏขึ้น พวกเขาขนานนามอนุภาคว่า “a1(1420)” และในตอนแรกคิดว่ามันเป็นกลุ่มใหม่ของควาร์กสี่ตัว – เตตระควาร์ก เตตระควาร์กนั้นไม่เสถียร ทว่าจากนั้นก็สลายไปเป็นอย่างอื่น

ที่เกี่ยวข้อง: 7 ข้อเท็จจริงแปลก ๆ เกี่ยวกับควาร์ก

โดยปกติแล้วควาร์กจะอยู่ในกลุ่มที่มีสามกลุ่ม (ซึ่งประกอบกันเป็นโปรตอนและนิวตรอน) หรืออยู่เป็นคู่ (เช่น ไพออน) ดังนั้นนี่จึงเป็นเรื่องใหญ่ กลุ่มของควาร์กสี่ตัวนั้นหายากจริงๆ

แต่บทวิเคราะห์ใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารเดือนสิงหาคม จดหมายทบทวนทางกายภาพ เสนอการตีความที่แปลกประหลาดยิ่งขึ้น

แทนที่จะสร้างเตตระควาร์กใหม่ในเวลาสั้นๆ การชนของไพออนทั้งหมดทำให้เกิดสิ่งที่ไม่คาดคิด นั่นคือภาวะเอกฐานสามเหลี่ยมในนิทานมาแล้วสามเหลี่ยม

นี่คือสิ่งที่ นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังการวิเคราะห์ใหม่คิดว่ากำลังเกิดขึ้น ไพออนแตกเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ด้วยพลังงานแรงทั้งหมดทำให้เกิดอนุภาคใหม่จำนวนมาก อนุภาคเหล่านั้นบางส่วนคือ kaons ซึ่งเป็นคู่ควาร์กกับแอนติควาร์กอีกชนิดหนึ่ง ไม่ค่อยมีเวลาผลิตสองคาออน พวกเขาเริ่มเดินทางแยกกัน ในที่สุด kaon เหล่านั้นจะสลายไปเป็นอนุภาคอื่นที่เสถียรกว่า แต่ก่อนที่พวกเขาจะทำ พวกเขาแลกเปลี่ยนควาร์กตัวหนึ่งกับอีกตัวหนึ่ง เปลี่ยนแปลงตัวเองในกระบวนการ

มันคือการแลกเปลี่ยนควาร์กสั้นๆ ระหว่างสองคาออนที่เลียนแบบสัญญาณของเตตระควาร์ก

“อนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนควาร์กและเปลี่ยนอัตลักษณ์ในกระบวนการ” Ketzer ซึ่งเป็นสมาชิกของเขตการวิจัยสหวิทยาการ “การสร้างบล็อคของสสารและปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน” (TRA Matter) กล่าว “สัญญาณที่ได้จะดูเหมือนกับจากเตตระควาร์ก”

หากคุณสร้างแผนภูมิเส้นทางของแต่ละอนุภาคหลังจากการชนครั้งแรก คานคู่จะสร้างสองขา และอนุภาคที่แลกเปลี่ยนจะสร้างส่วนที่สามระหว่างกัน ทำให้สามเหลี่ยมปรากฏขึ้นใน ไดอะแกรมจึงเป็นชื่อ

ในขณะที่นักฟิสิกส์คาดการณ์ภาวะเอกฐานสามเหลี่ยมไว้มากว่าครึ่งศตวรรษแล้ว แต่การทดลองนี้ใกล้เคียงที่สุดที่เคยได้รับการสังเกตจริงๆ ยังไงก็ไม่ใช่สแลมดังค์ แบบจำลองใหม่ของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับภาวะเอกฐานสามเหลี่ยมมีพารามิเตอร์น้อยกว่าแบบจำลองเตตระควาร์ก และมีความเหมาะสมกับข้อมูลมากกว่า แต่ยังไม่เป็นที่แน่ชัด เนื่องจากแบบจำลองเตตระควาร์กดั้งเดิมยังคงสามารถอธิบายข้อมูลได้

ถึงกระนั้น ก็เป็นความคิดที่น่าสนใจ หากรักษาไว้ มันจะเป็นเครื่องตรวจสอบแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง เนื่องจากการปรากฏตัวของภาวะเอกฐานสามเหลี่ยมเป็นการคาดคะเนถึงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแรงนั้นที่ยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างครบถ้วน

เผยแพร่ครั้งแรกใน Live Science.

    Paul M.Sutter เป็นศาสตราจารย์วิจัยด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ Institute for Advanced Computat ional Science ที่ Stony Brook University และ Flatiron Institute ในนิวยอร์กซิตี้ นอกจากนี้ เขายังเป็นเจ้าภาพในการแสดงหลายรายการ เช่น “How the Universe Works” ในช่อง Science Channel “Space Out” ใน Discovery และพอดคาสต์ “Ask a Spaceman” ยอดนิยมของเขา เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่ม “Your Place in the Universe” และ “How to Die in Space” รวมทั้งเป็นผู้มีส่วนร่วมประจำใน Space.com, LiveScience และอีกมากมาย Paul ได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ในปี 2011 และใช้เวลาสามปีที่ Paris Institute of Astrophysics ตามด้วยทุนวิจัยในเมือง Trieste ประเทศอิตาลี

  • ตรัง ủ
  • ธุรกิจ
  • อาหาร
  • ไลฟ์สไตล์
  • เทค
  • วางตลาดดิจิทัล (Digital Marketing)
  • Back to top button