Det første bevis på vektor meson spin justering i tung-ion kollisioner

ALICE-samarbejdet er en stor gruppe forskere fra over 100 fysikinstitutter verden over, der fokuserer på studiet af kvark-gluon plasma ved hjælp af data indsamlet af ALICE (A Large Ion Collider Experiment) detektoren. ALICE er en tung-ion detektor designet til at undersøge fysikken i stærkt interagerende stof ved ekstreme energitætheder, som er en del af CERNs Large Hadron Collider (LHC) partikelacceleratorring.

Et af hovedformålene med ALICE-eksperimentet er at opnå en bedre forståelse af egenskaberne af kvark-gluon-plasmaformerne under højenergikollisioner mellem tunge kerner. Forsøget har for nylig ført til en række interessante observationer, beskrevet i et papir udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , som giver det første bevis på spin-orbital vinkelmoment-interaktioner i relativistiske tung-ion-kollisioner.

"Når højenergikollisioner mellem tunge kerner er ikke-centrale (dvs. ikke frontalt), de giver på det dannede plasma en meget stor vinkelmoment, anslået til at være i størrelsesordenen 10 ⁷ ħ – svarende til størrelsesordenen 10 ²¹ omdrejninger i sekundet, " Luciano Musa, talsmand for ALICE-samarbejdet, fortalte Phys.org. "I forenklet sprog, der dannes en ekstremt hurtigt roterende dråbe af kvarker og gluoner. Quarks, på den anden side, har en kvantemekanisk egenskab kaldet spin, hvilket er analogt med en rotation omkring en akse."

Det store vinkelmoment af kvark-gluon-plasmaet dannet ved sammenstød med tunge ioner kan være, til en vis grad, overføres til individuelle kvarker, justere deres spin-retninger. Denne kvantemekaniske effekt, kendt som spin-orbit interaktion, kan også observeres i andre tilfælde, for eksempel, mellem elektroner, som også har spin og "roterer" omkring atomkerner.

"Spin-bane-interaktioner blev tidligere undersøgt ved hjælp af flere kolliderende systemer, men den store vinkelmoment af plasmaet, der genereres ved kollisioner af blykerner ved LHC, gav en enestående mulighed for at søge efter denne grundlæggende kvantemekaniske effekt i et system med dekonfinerede kvarker, " Andrea Dainese, fysikkoordinator for ALICE -eksperimentet, fortalte Phys.org.

Ifølge teoretiske forudsigelser, spin-kredsløb-interaktionen i kvark-gluonplasma bør justere kvarkets spin, som har et spin -kvantetal på 1/2. Kvarkerne fra plasmaet skal derefter binde parvis for at danne mesoner med enten spin 0 (dvs. skalære mesoner), hvor de to kvarker har modsat spin-orientering, eller spin 1 (dvs. vektor mesoner), hvor de to kvarker har samme spin-orientering.

Forudsigelser tyder på, at justeringen af ​​kvark-spins ville resultere i en justering af vektormeson-spin. ALICE-samarbejdet har observeret denne effekt, indsamling af det første bevis på spin-justering i henfaldsprodukterne af såkaldte neutrale K* og φ (phi) vektormesoner.

"Vi studerede denne spin-justering ved at måle vinkelfordelingen af ​​henfaldsprodukterne fra vektormesonerne, "Musa forklarede." Det stærkeste signal blev set for K* mesoner, og bekræftelsen af, at signalet induceres af spinjustering, blev opnået ved mangel på et lignende signal for neutrale K -mesoner, som har spin 0. De nuværende målinger er et skridt mod eksperimentelt at etablere spin-kredsløbs-interaktioner i det relativistiske QCD-stof i kvark-gluon-plasmaet."

ALICE -samarbejdet er den første forskningsgruppe, der offentliggør beviser, der er i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser om en stor spinjustering af vektor -mesoner i kollisioner af tunge kerner. Deres målinger er en betydelig præstation i studiet af kvark-gluon plasma, da de understøtter forudsigelsen om, at dette plasma besidder en indledende hvirvel med hidtil uset høj vinkelmomentum, hvilket fører til quark spin alignment via spin-orbit interaktioner. Deres arbejde giver meningsfuld indsigt, der kunne informere fremtidige undersøgelser, der undersøger egenskaberne af kvark-gluon plasma.

ALICE-detektoren gennemgår i øjeblikket en større opgradering, og i 2022, når CERNs LHC-dataindsamlingskampagner starter igen, det skulle være i stand til at registrere Pb-Pb-kollisionsprøver 50 gange større end dem, der er indsamlet til dato. Disse data vil være langt mere præcise end eksisterende data og kan således føre til nye fascinerende opdagelser om kvark-gluon plasma.

"Nye undersøgelser med den ladede K*, som har et magnetisk moment syv gange større end neutralt K*, kan endda give mulighed for en direkte observation af virkningen af ​​det meget store magnetfelt, der produceres i kvark-gluon-plasmaet ved den hurtige rotation af elektrisk ladede partikler, "Sagde Dainese." Dette magnetfelt anslås at være så stort som 10 ¹⁴ Tesla, men forsvinder på så kort tid 10 ^-23 sekunder! Ud over, det er også værd at bemærke, at den neutrale K*-spinjustering er overraskende stor sammenlignet med polariseringen målt for Λ-hyperoner. Derfor, yderligere undersøgelser af effekten med mere præcision vil være meget interessante, såvel som af andre effekter, der kan relateres til de samme fysikmekanismer fra forskellige vinkler."

© 2020 Science X Network