Forskere diskuterer sandsynligheden for at finde en gluon inde i pionen

Forskere fra NC State University har bestemt sandsynligheden for at finde en gluon inde i pionen. Abstractet satte sig sammen med kandidatstuderende og hovedforfatter Patrick Barry og hans forskningsrådgiver Chueng Ji, professor i fysik ved NC State, at tale om, hvad dette fund betyder for vores forståelse af, hvordan universet fungerer.

SAMMENDRAGET (TA):Hvad er gluoner og pioner? Hvilken rolle spiller de i universet?

BARRY/JI:Gluoner og pioner er essentielle ingredienser i forståelsen af ​​kernens stabilitet i atomets centrum. Gluoner er den "lim", der binder kvarker og anti-kvarker inde i protonen og neutronen, i fællesskab kaldet nukleoner, som er byggestenene i alle kerner. Pioner formidler interaktioner mellem nukleoner inde i kernen, mens pionerne i sig selv også er bundetilstande for en kvark og en anti-kvark limet af gluonerne. Kernens stabilitet inde i atomet skyldes i det væsentlige balancen mellem de korte afstande atomkræfter mellem nukleoner inde i kernen, og pionerne spiller en afgørende rolle i formidlingen af ​​disse korte afstande atomkræfter for at stabilisere kernen, mens gluoner spiller en afgørende rolle i dannelsen af ​​nukleoner og pioner. Uden gluoner og pioner, atomer ville ikke være stabile, og universet som vi kender det sandsynligvis ikke ville eksistere.

TA:Inden dette arbejde, havde nogen kunnet finde tegn på gluoner inde i pioner?

BARRY/JI:Ja, der har været både eksperimentelle og teoretiske bestræbelser på at finde beviser for gluoner inde i pioner. I særdeleshed, højenergiacceleratoren på CERN-laboratoriet gennemførte pion- og nukleonkollisioner, som gav klare beviser for gluoner inde i pionen såvel som nukleonen.

TA:Hvordan finder du frem til partikler, der er umulige at se?

BARRY/JI:Dette er et af de mest interessante og afgørende spørgsmål inden for atom- og partikelfysik. Selvom vi let kan se sagen omkring os i dagtimerne, det er umuligt at se tingene uden lys. I den mørke nat, alligevel, man kan stadig genkende, hvad der er omkring os ved at gribe, rørende, osv. Ligeledes man bruger og/eller udvikler alle mulige forskellige midler til at opdage partikler, der er umulige at se. Ja, en af ​​grundene til, at højenergiacceleratorer som den på CERN er bygget, er at detektere partikler, der er umulige at se. I dag, vi indser, at andelen af ​​synligt stof i universet er mindre end 5 procent, og resten af ​​universet er fyldt med såkaldt mørkt stof (omkring 25 procent) og mørk energi (omkring 70 procent), der kun interagerer gravitationsmæssigt. Forskere har brug for at udtænke flere forskellige måder at opdage partikler, der synes umulige at se, for mere dybt at undersøge universets virkelige natur.

TA:Dine fund tyder på, at gluonen bærer en betydelig del af pionens momentum. Hvorfor er det vigtigt at vide, og hvordan vil det hjælpe partikelfysikere?

BARRY/JI:At finde ud af, hvor meget af pionens momentum, der bæres af gluonen, er vigtig for at forstå gluons dynamik. Kvarker og antikvark inde i pionen limes af gluoner så stærkt, at ingen individuel kvark eller antikvark kan slippe ud af pionen-hvilket betyder, at ingen isoleret kvark eller antikvark kan opdages af sig selv. Denne gluonindeslutningsmekanisme er endnu ikke fuldstændig forstået. Imidlertid, forskere arbejder på at simulere dynamikken i gluoner og andre stærke nukleare interaktioner. Den grundlæggende teori om disse interaktioner kaldes kvante-chromodynamik (QCD). Forskere simulerer numerisk gluondynamikken for at forstå QCD. Derfor er det vigtigt at kende gluonens momentum inde i pionen:det samlede momentum, der bæres af pionen, deles af kvarkerne, anti-kvarker og gluoner, i fællesskab kaldet partoner. Vores resultater er vigtige for at finde ud af dynamikken i momentumdeling for hver parton inde i pionen. Det hjælper os med at forstå den sande natur af QCD.

TA:Hvad er de næste trin for denne forskning?

BARRY/JI:Vores næste trin for denne forskning er at inkorporere flere puljer af piondata, herunder kommende data fra nærliggende Jefferson Laboratory med mere dybdegående QCD-analyse for at forstå, hvordan hver parton fordeles inde i pionen. Vores fremtidige forskning ville give mere globale QCD -analyser til at bestemme hver partons fordeling inde i pionen såvel som nukleonen og endda kernen.

Værket vises i Fysisk gennemgangsbreve .