فیزیک ذرات: کشف شگفت انگیز کوارک جذاب در پروتون را نشان می دهد

مرجع مجله: طبیعت، DOI: 10.1038/s41586-022-04998-2

اکنون، شلوار جین قرمز در دانشگاه Vrije در آمستردام در هلند، و همکارانش شواهدی یافتند که نشان می‌دهد بخش کوچکی از تکانه پروتون، حدود 0.5 درصد، از کوارک جذابیت ناشی می‌شود. روخو می گوید: «قابل توجه است که حتی پس از این همه دهه مطالعه، ما هنوز در حال کشف خواص جدید پروتون و به ویژه اجزای جدید هستیم.

به نظر می رسد پروتون، ذره ای که در قلب هر اتم قرار دارد، ساختار پیچیده تری نسبت به آنچه که به طور سنتی در کتاب های درسی ارائه می شود، دارد. این کشف می تواند پیامدهایی برای آزمایش های فیزیک ذرات حساس مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) داشته باشد.

تلاش‌های دیگری برای شناسایی مؤلفه جذابیت پروتون انجام شده است، اما گروه‌های مختلف نتایج متناقضی پیدا کرده‌اند و در جدا کردن اجزای سازنده ذاتی یک پروتون از محیط پرانرژی شتاب‌دهنده‌ها، که در آن هر نوع کوارک وجود دارد، مشکل داشته‌اند. به سرعت ایجاد شده و از بین می رود. .

توصیف کلاسیک یک پروتون می‌گوید که شامل سه ذره کوچکتر است – دو کوارک بالا و یک کوارک پایین – اما یک تحلیل جدید شواهد محکمی پیدا کرده است که نشان می‌دهد آن همچنین حاوی یک کوارک جذاب است.

فیزیک


17 آگوست 2022

می‌گوید: «با توجه به اینکه این ذره چقدر در همه جا حاضر است و مدت زمانی است که ما درباره آن می‌دانیم، هنوز چیزهای زیادی درباره ساختار زیرین آن نمی‌دانیم، بنابراین این واقعاً مهم است». هری کلیف در دانشگاه کمبریج

کلیف می‌گوید که جزء جذاب پروتون می‌تواند برای سایر آزمایش‌های فیزیک در LHC نیز انشعاب داشته باشد، زیرا آنها بر مدل‌های دقیق زیرساخت پروتون تکیه دارند. روژو می گوید که رصدخانه نوترینوهای IceCube در قطب جنوب، که به دنبال نوترینوهای کمیاب تولید شده در اثر برخورد پرتوهای کیهانی به ذرات در جو زمین است، ممکن است نیاز به این ساختار جدید را نیز در نظر بگیرد. او می گوید: «احتمال برخورد پرتوهای کیهانی بر هسته اتمسفر و تولید نوترینو نسبت به محتوای جذابیت پروتون کاملاً حساس است.

سرن

اما در مکانیک کوانتومی، ساختار یک ذره توسط احتمالات کنترل می‌شود، به این معنی که از لحاظ نظری این احتمال وجود دارد که کوارک‌های دیگر در داخل پروتون به‌عنوان جفت ماده-ضد ماده ظاهر شوند. آزمایشی در همکاری اروپایی میون در سرن در سال 1980 پیشنهاد کرد که پروتون ممکن است حاوی یک کوارک افسون و همتای پادماده آن، یک ضد افسون باشد، اما نتایج بی‌نتیجه و بحث‌های داغ بود.

می‌گوید این استفاده از یادگیری ماشین اهمیت ویژه‌ای داشت کریستین آیدالا در دانشگاه واشنگتن، زیرا می تواند مدل هایی تولید کند که فیزیکدانان لزوماً ممکن است به تنهایی به آن فکر نکنند، بنابراین خطر اندازه گیری های جانبدارانه را کاهش می دهد.

در حالی که زمانی پروتون‌ها غیرقابل تقسیم در نظر گرفته می‌شدند، آزمایش‌ها با شتاب‌دهنده‌های ذرات در دهه 1960 نشان داد که آنها حاوی سه ذره کوچک‌تر به نام کوارک هستند. کوارک ها شش نوع یا طعم هستند و پروتون شامل دو کوارک بالا و یک کوارک پایین است.

برای جداسازی مولفه جذابیت، روجو و تیمش از یک مدل یادگیری ماشینی استفاده کردند تا ساختارهای پروتونی فرضی متشکل از طعم‌های مختلف کوارک‌ها را ارائه کنند، سپس آنها را با بیش از 500000 برخورد واقعی از دهه‌ها آزمایش شتاب‌دهنده ذرات مقایسه کردند. LHC

برای Lost in Space-Time، یک خبرنامه ماهانه رایگان در مورد عجیب بودن واقعیت ثبت نام کنید.

درباره این موضوعات بیشتر بدانید:


منبع: https://www.newscientist.com/article/2334076-physicists-surprised-to-discover-the-proton-contains-a-charm-quark/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

پروتون

برداشت هنرمند از یک پروتون – کره های قرمز بزرگ کوارک های بالا هستند و کره آبی بزرگ یک کوارک پایین هستند.

این تیم نتایج اخیر آزمایش بوزون LHCb Z را بررسی کرد و توزیع آماری تکانه پروتون را با و بدون کوارک جذاب مدل کرد. آنها دریافتند که اگر فرض شود پروتون دارای کوارک جذابیتی باشد، این مدل نتایج را بهتر برازش می‌دهد. این بدان معنی است که آنها برای نشان دادن وجود یک کوارک جذاب نسبت به خود سطح سیگما ایمن تر هستند. روخو می‌گوید: «این واقعیت که مطالعات بسیار متفاوتی بر روی یک نتیجه مشابه انجام شد، ما را متقاعد کرد که نتایج ما قوی هستند.

محققان دریافتند که اگر پروتون حاوی یک جفت کوارک طلسم-ضد جذابیت نباشد، تنها 0.3 درصد شانس دیدن نتایج بررسی شده وجود دارد. فیزیکدانان این نتیجه را “3-sigma” می نامند که معمولاً نشانه بالقوه چیزی جالب در نظر گرفته می شود. برای افزایش نتایج به سطح 5 سیگما، کار بیشتری لازم است، که به معنای احتمال 1 در 3.5 میلیون برای یک نتیجه تصادفی است، که به طور سنتی آستانه کشف است.

توسط احمد گل کار

احمد گل کار