Nowości

Zadanie trwające dziesięciolecia ujawnia nowe szczegóły dotyczące antymaterii

Często tak się dzieje nie wspomnieliśmy, że protony, dodatnio naładowane cząstki materii w centrum atomów, są częścią antymaterii.

W szkole dowiadujemy się, że proton to wiązka trzech cząstek elementarnych zwanych kwarkami – dwóch kwarków „górnych” i „dolnych”, których ładunki elektryczne (odpowiednio +2/3 i -) tworzą proton jego ładunek +1. Ale ten uproszczony obraz rzuca się w oczy na znacznie dziwniejszą, jak dotąd nierozwiązaną historię.

W rzeczywistości wnętrze protonu wiruje zmienną liczbą sześciu rodzajów kwarków, ich przeciwnie naładowanych odpowiedników antymaterii (antykwarków) oraz cząstek „gluonu”, które wiążą inne razem, przekształcają się w nie i łatwo się rozmnażają. W jakiś sposób wirujący wir staje się doskonale stabilny i pozornie prosty – naśladując pod pewnymi względami trio kwarków. „Jak to wszystko się układa, to szczerze mówiąc coś w rodzaju cudu” – powiedział Donald Geesaman, fizyk jądrowy z Argonne National Laboratory w Illinois.

Trzydzieści lat temu naukowcy odkryli uderzającą cechę tego „morza protonowego”. Teoretycy spodziewali się, że będzie zawierał równomierne rozprzestrzenianie się różnych typów antymaterii; zamiast tego antykwarki zdawały się znacznie przewyższać liczbę antykwarków. Potem, dekadę później, inna grupa dostrzegła wskazówki dotyczące zagadkowych zmian współczynnika antykwarków w dół do góry. Ale wyniki były na granicy czułości eksperymentu.

Tak więc 20 lat temu Geesaman i jego kolega Paul Reimer rozpoczęli nowy eksperyment do zbadania. Ten eksperyment, nazwany SeaQuest, w końcu się zakończył, a naukowcy przedstawiają swoje odkrycia w czasopiśmie Natura. Zmierzyli wewnętrzną antymaterię protonu bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej, stwierdzając, że na jeden antykwark w górę przypada średnio 1,4 antykwarków w dół.

Ilustracja: Samuel Velasco / Quanta Magazine

Dane natychmiast faworyzują dwa teoretyczne modele morza protonowego. „To pierwszy prawdziwy dowód potwierdzający te modele, które wyszły” – powiedział Reimer.

Jednym z nich jest model „chmury pionu”, popularne podejście sprzed dziesięcioleci, które podkreśla tendencję protonu do emitowania i ponownego wchłaniania cząstek zwanych pionami, które należą do grupy cząstek zwanych mezonami. Drugi model, tak zwany model statystyczny, traktuje proton jak pojemnik pełen gazu.

Planowane przyszłe eksperymenty pomogą naukowcom dokonać wyboru między dwoma obrazami. Niezależnie od tego, który model jest prawidłowy, twarde dane SeaQuest dotyczące wewnętrznej antymaterii protonu będą natychmiast przydatne, szczególnie dla fizyków, którzy rozbijają razem protony z prędkością prawie światła w Wielkim Zderzaczu Hadronów w Europie. Kiedy dokładnie wiedzą, co znajduje się w zderzających się obiektach, mogą lepiej przebić się przez szczątki zderzenia, szukając dowodów na obecność nowych cząstek lub efektów. Juan Rojo z VU University Amsterdam, który pomaga analizować dane LHC, powiedział, że pomiar SeaQuest „może mieć duży wpływ” na poszukiwania nowej fizyki, która jest obecnie „ograniczona przez naszą wiedzę o strukturze protonów, w szczególności o zawartości antymaterii” . ”

Three’s Company

Przez krótki okres około pół wieku temu fizycy sądzili, że posortowali proton.

W 1964 roku Murray Gell-Mann i George Zweig niezależnie zaproponowali to, co stało się znane jako model kwarków – ideę, że protony, neutrony i powiązane rzadsze cząstki są wiązkami trzech kwarków (jak je nazwał Gell-Mann), podczas gdy piony i inne mezony są składa się z jednego kwarka i jednego antykwarka. Schemat miał sens w kakofonii cząstek rozpylanych z wysokoenergetycznych akceleratorów cząstek, ponieważ ich spektrum ładunków można było zbudować z dwu- i trzyczęściowych kombinacji. Następnie, około 1970 roku, naukowcy z akceleratora SLAC w Stanford wydawali się tryumfalnie potwierdzać model kwarkowy, kiedy wystrzeliwali elektrony z dużą prędkością w protony i widzieli, jak elektrony odbijają się od obiektów wewnątrz.

Zostaw komentarz

Maciek Luboński
Z wykształcenia jestem kucharzem , ale to nie przeszkadza mi pisać dla Was tekstów z wielu ciekawych dziedzin , których sam jestem fanem.Piszę dużo i często nie na tak jak trzeba , ale co z tego skoro tak naprawdę liczy się pasja.

Najlepsze recenzje

Video

gallery

Facebook