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新研究加深了质子碰撞中粒子生成的神秘性

  • 科学
  • 2020-06-23 08:55:34
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天龙八部私服发布网 www.famlot.com 一群研究人员,包括来自日本东京大学,日本名古屋大学,日本理化学研究所的基于加速器的科学中心的科学家,在美国布鲁克黑文国家实验室使用了自旋极化的相对论重离子对撞机。表明在极化质子-质子碰撞中,在碰撞的最前部区域发出的中性小子(其中不存在涉及夸克和胶子的直接相互作用)仍然具有很大的左右不对称性。这一发现表明,先前关于在这种碰撞中产生颗粒的共识需要重新评估。

了解涉及质子的碰撞中产生粒子的机制与理解宇宙射线阵雨有关,在宇宙射线中,从外层空间进入地球大气的粒子会产生粒子“喷淋”,从而帮助我们了解在极端环境下发生的天文学现象。宇宙。但是,研究粒子的产生是非常困难的,因为与核中的质子结合并将夸克和胶子结合成质子的力(强相互作用或核力)比其他力(如电磁力)要强得多。和重力。探索这些重要挑战的一种途径涉及质子的一种称为旋转的质子,可以用类似于玩具陀螺沿其轴旋转的方式来理解。

1970年代,美国阿贡国家实验室的加速器实验表明,在涉及极化质子的碰撞前部产生的离子左右对称性较大。这些实验中使用的极化质子的能量约为100亿电子伏特(GeV)。在更高能量下进行实验-包括使用极化质子在200 GeV下进行的一项实验在美国的费米国家加速器实验室(FNAL)和在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的RHIC中,两个沿相反方向移动的100 GeV质子束发生碰撞-表明左右不对称性持续存在即使使用高能极化质子。根据称为微扰量子色动力学(QCD)的理论,人们普遍认为这种不对称性是由质子中的夸克和胶子之间的直接相互作用引起的。

但是,随着RHIC的其他实验,发现开始出现挑战共识的现象。根据当前工作的作者之一的裕二雄二(Yuji Goto)的说法:“在RHIC的能量下,夸克和胶子散开,并且以喷射流的形式生成各种粒子。当喷射流的左右不对称向前产生时,检查了RHIC的碰撞位置,发现与预期相反,总射流和射流中包含的小子没有显示左右不对称性,这表明不是左右不对称性的原因夸克和胶子的直接散射。”

为了进一步调查,研究人员进行了一些实验,这些实验发表在《物理评论快报》上,在那里他们使用了以前在CERN的大型强子对撞机中使用的电磁热量计检测器(在那被称为LHCf实验,在RHIC进行了RHICf实验),详细了解在碰撞的最前方区域由pion衰减产生的伽马射线。然而,他们发现,即使在非常狭窄的区域,中性介子的左右不对称现象仍然存在。

Goto说:“我们发现,不对称性仍然在碰撞前的右侧以非常窄的角度存在,并且实际上随着该角度从零移开而增加。此结果需要对以前的理论解释进行重新检验。不对称角对应于质子在其中引起激发态的能量区域,并且其他机制(衍射和共振)的贡献可能为谜提供了提示。”

RIKEN国际项目研究员,高丽大学研究生,第一实验的作者Minho Kim表示:“能够与新检测器一起工作真是太好了,我们计划继续努力以了解产生左右不对称性的机制。这肯定会使我们深入了解宇宙射线阵雨,从而帮助我们了解在宇宙极端环境中发生的现象。”

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