Fizykańska analiza zderzeń protonów rozwiązuje zagadkę, skąd protony biorą swoją wewnętrzną właściwość zwaną spinem.1.
Wraz z neutronami protony znajdują się wewnątrz jądra atomu. Podobnie jak wiele cząstek subatomowych, mają one spin wewnętrzny, który może wskazywać jeden z dwóch przeciwnych kierunków.
Od lat sześćdziesiątych fizycy wiedzą, że protony składają się z cząstek elementarnych zwanych kwarkami i gluonami, z których każda ma swój własny spin.
„Początkowo zakładano, że spin protonu wynika ze spinu jego kwarków” – mówi Yasuyuki Akiba, fizyk cząstek w RIKEN Brookhaven Research Center (RBRC) i rzecznik eksperymentu Phoenix w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC). W Brookhaven National Laboratory w Nowym Jorku, USA. Jednak eksperymenty przeprowadzone w latach 80. XX wieku wykazały, że kwarki odpowiadają jedynie za około 30% spinu protonu.
„Kluczowe pytanie brzmiało zatem: skąd pochodzi pozostała część spinu protonu?” Mówi Akiba. Fizycy postanowili znaleźć źródło brakujących 70% spinu protonu.
Kwarki wewnątrz protonu są utrzymywane razem przez bezmasowe cząstki zwane gluonami. Około siedem lat temu zespoły pracujące nad projektem PHENIX i w drugim eksperymencie RHIC o nazwie STAR wykazały, że spin gluonu przyczynia się do spinu protonu. Nie byli jednak w stanie określić, czy spiny gluonów są zgodne ze spinem zawierającego je protonu.
Rysunek 1: Wewnętrzna struktura protonu (po lewej) w atomie litu. Proton składa się z trzech kwarków, ale jego spin nie odpowiada sumie liczby spinów kwarków. © Carol i Mike Werner / Biblioteka obrazów naukowych
W tym miejscu wchodzi w grę nowa analiza. Podczas zderzeń protonów gluon może zostać przekształcony w foton, czyli cząstkę światła. Fotony powstające w tym procesie nazywane są fotonami bezpośrednimi. Jest to tak rzadki proces, że do jego uchwycenia detektor PHENIX potrzebowałby 25 000 detektorów mierzących fotony. „To przypomina złożone oko owada” – komentuje Akiba.
Fizycy poszukiwali bezpośredniej produkcji fotonów w dwóch typach zderzeń protonów: jednym, podczas którego zderzające się protony obracały się prostopadle, i drugim, podczas którego zderzające się protony obracały się w przeciwnych kierunkach.
Zaobserwowali niewielki wzrost bezpośredniej produkcji fotonów, gdy pierwotne spiny protonów były skierowane w przeciwne strony. Oznacza to, że spiny gluonów są skierowane w tym samym kierunku, co spin pierwotnego protonu, umożliwiając im udział w spinie protonu, zgodnie z oczekiwaniami.
Ale tajemnica pozostaje. Obliczenia pokazują, że spiny gluonów dodają tylko 20-30% do spinu protonu, zatem nadal brakuje jakiegoś składnika. Może to wynikać z ruchu gluonów i kwarków.
„Obecnie budują nowy akcelerator, zwany Zderzaczem Elektronowo-Jonowym Brookhaven, który może dostarczyć odpowiedzi” – mówi Akiba.
/Wydanie ogólne. Ten materiał od oryginalnej organizacji/autora(ów) może mieć charakter chronologiczny i został zredagowany pod kątem przejrzystości, stylu i długości. Mirage.News nie zajmuje stanowisk korporacyjnych ani stron, a wszystkie opinie, stanowiska i wnioski wyrażone w niniejszym dokumencie są wyłącznie opiniami autorów. Zobacz całość tutaj.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
NASA wybiera BAE Systems do opracowania instrumentu Ocean Color Instrument dla NOAA
Odkrywanie granic poszukiwań życia na Marsie
Czy zagadka pięknego, odwróconego drzewa została rozwiązana? Nowe badanie odkrywa tajemnicę Wiadomości wiedzy