15:19 2022-01-21
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Prima detectare a particulelor „X” exotice în plasma cuarc-gluon
_ Prima detectare a particulelor „X” exotice în plasmă de quarc-gluoni
În primele milionimi de secundă după Big Bang, universul era o plasmă agitată, de un trilion de grade, de quarci și gluoni - particule elementare care s-au adunat pentru scurt timp în nenumărate combinații înainte de a se răci. și stabilindu-se în configurații mai stabile pentru a face neutronii și protonii materiei obișnuite.
În haosul de dinainte de răcire, o fracțiune din acești quarci și gluoni s-au ciocnit aleatoriu pentru a forma particule „X” de scurtă durată, numite așa. pentru structurile lor misterioase, necunoscute. Astăzi, particulele X sunt extrem de rare, deși fizicienii au teoretizat că ele pot fi create în acceleratoarele de particule prin coalescența cuarcilor, unde coliziunile cu energie înaltă pot genera fulgere similare de plasmă cuarc-gluon.
Acum, fizicienii de la MIT. Laboratorul pentru Științe Nucleare și în alte părți au găsit dovezi ale particulelor X în plasma cuarc-gluon produsă în Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară, cu sediul în apropiere de Geneva, Elveția.
Echipa a folosit tehnici de învățare automată pentru a verifica peste 13 miliarde de coliziuni cu ioni grei, fiecare dintre acestea a produs zeci de mii de particule încărcate. În mijlocul acestei supe de particule ultradense, de înaltă energie, cercetătorii au reușit să scoată aproximativ 100 de particule X, de un tip cunoscut sub numele de X (3872), numite după masa estimată a particulei.
Rezultatele, publicate. Săptămâna aceasta, în Physical Review Letters, marchează prima dată când cercetătorii au detectat particule X în plasma de quarc-gluoni — un mediu care speră că va lumina structura încă necunoscută a particulelor.
„Aceasta este doar începutul poveștii”, spune autorul principal Yen-Jie Lee, profesor asociat de fizică în dezvoltarea carierei din clasa 1958 la MIT. „Am arătat că putem găsi un semnal. În următorii câțiva ani, dorim să folosim plasma de quarc-gluoni pentru a sonda structura internă a particulei X, ceea ce ne-ar putea schimba viziunea asupra tipului de material pe care ar trebui să le producă universul.”< /p>
Co-autorii studiului sunt membri ai CMS Collaboration, o echipă internațională de oameni de știință care operează și colectează date de la Compact Muon Solenoid, unul dintre detectoarele de particule ale LHC.
Particule în plasma
Blocurile de bază ale materiei sunt neutronul și protonul, fiecare dintre acestea fiind format din trei quarci strâns legați.
„De ani de zile am crezut că din anumite motive , natura a ales să producă particule formate doar din doi sau trei quarci”, spune Lee.
Numai recent, fizicienii au început să vadă semne de „tetraquarci” exotici – particule formate dintr-o combinație rară de patru quarci. Oamenii de știință bănuiesc că X (3872) este fie un tetraquark compact, fie un tip complet nou de moleculă, făcută nu din atomi, ci din doi mezoni legători – particule subatomice care sunt ele însele făcute din doi cuarci.
X (3872) a fost descoperit pentru prima dată în 2003 de experimentul Belle, un ciocnitor de particule din Japonia care zdrobește electroni și pozitroni de înaltă energie. În acest mediu, totuși, particulele rare s-au degradat prea repede pentru ca oamenii de știință să le examineze structura în detaliu. S-a emis ipoteza că X (3872) și alte particule exotice ar putea fi mai bine iluminate în plasma cuarci-gluoni.
„Teoretic vorbind, există atât de mulți cuarci și gluoni în plasmă încât producția de particule X. ar trebui îmbunătățit”, spune Lee. „Dar oamenii au crezut că ar fi prea dificil să le caute, deoarece există atât de multe alte particule produse în această supă de cuarci.”
„Cu adevărat un semnal”
În noul lor studiu, Lee și colegii săi au căutat semne de particule X în plasma de quarc-gluoni generate de coliziunile cu ioni grei în Large Hadron Collider al CERN. Ei și-au bazat analiza pe setul de date 2018 al LHC, care a inclus peste 13 miliarde de ciocniri cu ioni de plumb, fiecare dintre acestea eliberand quarci și gluoni care s-au împrăștiat și s-au fuzionat pentru a forma mai mult de un cvadrilion de particule cu viață scurtă înainte de a se răci și a se descompune.
„După ce plasma de quarc-gluon se formează și se răcește, sunt produse atât de multe particule, că fundalul este copleșitor”, spune Lee. „Așa că a trebuit să distrugem acest fundal, astfel încât să putem vedea în cele din urmă particulele X din datele noastre.”
Pentru a face acest lucru, echipa a folosit un algoritm de învățare automată pe care l-a antrenat pentru a identifica modelele de dezintegrare. caracteristica particulelor X. Imediat după ce particulele se formează în plasma cuarc-gluon, ele se descompun rapid în particule „fiice” care se împrăștie. Pentru particulele X, acest model de dezintegrare, sau distribuție unghiulară, este diferit de toate celelalte particule.
Cercetătorii, conduși de postdoctoratul MIT Jing Wang, au identificat variabile cheie care descriu forma modelului de dezintegrare a particulelor X. Ei au antrenat un algoritm de învățare automată pentru a recunoaște aceste variabile, apoi au furnizat algoritmului datele reale din experimentele de coliziune ale LHC. Algoritmul a reușit să cerceteze setul de date extrem de dens și zgomotos pentru a identifica variabilele cheie care au fost probabil un rezultat al descompunerii particulelor X.
„Am reușit să coborâm fundalul cu ordine de mărime pentru a vedea semnal”, spune Wang.
Cercetătorii au mărit semnalele și au observat un vârf la o anumită masă, indicând prezența particulelor X (3872), aproximativ 100 în total.
„Este aproape de neconceput că putem scoate aceste 100 de particule din acest set uriaș de date”, spune Lee, care împreună cu Wang a efectuat mai multe verificări pentru a verifica observația lor.
„În fiecare noapte mă întrebam, este acesta chiar este un semnal sau nu?" Wang își amintește. „Și în cele din urmă, datele au spus da!”
În următorul an sau doi, cercetătorii intenționează să adune mult mai multe date, care ar trebui să ajute la elucidarea structurii particulei X. Dacă particula este un tetraquark strâns legat, ar trebui să se descompună mai lent decât dacă ar fi o moleculă slab legată. Acum că echipa a arătat că particulele X pot fi detectate în plasma cuarc-gluon, ei intenționează să probeze această particulă cu plasmă cuarc-gluon mai detaliat, pentru a stabili structura particulei X.
„În prezent, nostru datele sunt în concordanță cu ambele, deoarece nu avem încă suficiente statistici. În următorii câțiva ani vom lua mult mai multe date, astfel încât să putem separa aceste două scenarii", spune Lee. „Aceasta ne va lărgi viziunea asupra tipurilor de particule care au fost produse din abundență în universul timpuriu.”
Comentarii:
Adauga Comentariu