Изненадващите резултати от сътрудничеството NA61/SHINE в ЦЕРН показват, че тази т.нар. изоспинова асиметрия може да посочи пропуски в разбирането на физиците за това как се комбинират кварките и глуоните
В края на 2023 г. Войчех Брилински (Wojciech Brylinski) анализира данни от колаборацията NA61/SHINE в ЦЕРН за дисертацията си, когато забелязва неочаквана аномалия - поразително голям дисбаланс между заредени и неутрални каони в аргон-скандиеви сблъсъци. Той установява, че вместо да се произвеждат в приблизително еднакъв брой, заредените каони се произвеждат с 18,4 % по-често от неутралните каони. Това подсказва, че така наречената "изоспинова симетрия" между горните и долните кварки може да бъде нарушена в по-голяма степен от очакваното поради разликите в електрическите им заряди и маси - несъответствие, което съществуващите теоретични модели трудно биха обяснили. Известните източници на изоспинова асиметрия предвиждат отклонения от само няколко процента.
"Когато Войчех започна, си мислехме, че това ще бъде тривиална проверка на симетрията", разказва Марек Газдицки (Marek Gaździcki), който е говорител на NA61/SHINE по време на откритието. "Очаквахме симетрията да се спазва стриктно - въпреки че преди това бяхме измервали такъв тип несъответствия при експеримента NA49, те имаха големи неопределености и не бяха значителни."
Изоспиновата симетрия е един от аспектите на симетрията на красовете, наричани - "аромати" (flavour), при която силното взаимодействие третира всички аромати на кварките по идентичен начин. Това означава, че всички видове кварки би трябвало да се държат еднакво при силното взаимодействие, с изключение на кинематичните различия, произтичащи от различните им маси. Изоспинът не е симетрия на електромагнитното взаимодействие, тъй като горните и долните кварки имат различни електрически заряди. Според изоспиновата симетрия силното взаимодействие при сблъсъците на тежки йони би трябвало да генерира почти еднакви количества заредени каони (състоящи се или от горен кварк и странен антикварк, или от горен антикварк и странен кварк) и неутрални каони (състоящи се или от долен кварк и странен антикварк, или от долен антикварк и странен кварк), като се имат предвид сходните маси на горния и долния кварк. Данните от NA61/SHINE противоречат на хипотезата за еднакви количества със значимост 4,7σ.
Таблица на характеристиките на кварките
| Символ | Название | Заряд | Маса | |
|---|---|---|---|---|
| български | английски | |||
| Първо поколение | ||||
| d | Долен | down | −1/3 | ~ 5 MeV/c² |
| u | Горен | up | +2/3 | ~ 3 MeV/c² |
| Второ поколение | ||||
| s | Странен | strange | −1/3 | 95 ± 25 MeV/c² |
| c | Чаровен | charm (charmed) | +2/3 | 1,8 GeV/c² |
| Трето поколение | ||||
| b | Дънен | beauty (bottom) | −1/3 | 4,5 GeV/c² |
| t | Върховен | truth (top) | +2/3 | 171 GeV/c² |
"Виждам два начина за тълкуване на резултатите", обяснява Франческо Джакоза (Francesco Giacosa), физик-теоретик, работещ с NA61/SHINE. "Първо, може би значително подценяваме ролята на електромагнитните взаимодействия при създаването на двойки кварк-антикварк. Второ, тези резултати може да означават, че силните взаимодействия не се подчиняват на симетрията на ароматите. Ако това е вярно, то би противоречало на сегашното разбиране на физиците за квантовата хромодинамика (QCD), т.е. за това как се комбинират кварките и глуоните (носители на силното взаимодействие)."
Въпреки че експериментът рутинно измерва количеството на частиците в ядрените сблъсъци, откриването на несъответствие в изоспиновата симетрия не е било нещо, което изследователите активно са търсили. Основният фокус на NA61/SHINE е изучаването на свойствата на производството на адрони в производството на адрони, когато снопове от суперпротонния синхротрон на ЦЕРН се сблъскват с различни фиксирани ядрени мишени. Тези данни се споделят и с експерименти с неутрино и космически лъчи, като T2K, за да им помогнат да усъвършенстват своите модели.
Сътрудничеството сега планира допълнителни изследвания на този нов резултат, като използва различни снаряди, мишени и енергии на сблъсъка, за да определи дали този ефект е уникален за някои тежко-йонни сблъсъци или е по-обща характеристика на високоенергийните взаимодействия. Също така се отправя покана към теоретичните физици да помогнат да се обясни какво би могло да причини такава неочаквано голяма асиметрия.
"Опитахме се да впишем данните в сегашните, съществуващи модели, но това изобщо не се получи - просто не беше възможно", казва Джакоза. "Нуждаем се от повече експериментални данни и повече теоретични прогнози, за да запълним празнината в познанията си за силното взаимодействие. Така че истинският въпрос е: какво следва?"
Справка: Evidence of isospin-symmetry violation in high-energy collisions of atomic nuclei; NA61/SHINE Collaboration: H. Adhikary et al. https://arxiv.org/abs/2312.06572
Източник: Symmetry between up and down quarks is more broken than expected, CERN
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици
dolivo
Учени възпроизвеждат сияйното египетско синьо, озарявало гробниците на фараоните
dolivo
Революция в залесяването: Японски дронове с изкуствен интелект засаждат дръвчета 10 пъти по-бързо от хората
alabal
Най-старото живо същество на Земята: вид на 700 млн. години, който променя разбирането за еволюцията