Triangle singularitet er ansvarlig for transformation i partikel zoo

En international undersøgelse ledet af universitetet i Bonn har fundet beviser for en længe søgt effekt i acceleratordata. Den såkaldte "trekant singularitet" beskriver, hvordan partikler kan ændre deres identitet ved at udveksle kvarker, derved efterligner en ny partikel. Mekanismen giver også ny indsigt i et mysterium, der længe har undret partikelfysikere:Protoner, neutroner og mange andre partikler er meget tungere, end man kunne forvente. Dette skyldes særegenheder ved den stærke interaktion, der holder kvarkerne sammen. Trekant-singulariteten kunne hjælpe til bedre at forstå disse egenskaber. Publikationen er nu tilgængelig i Fysiske anmeldelsesbreve .

I deres undersøgelse, forskerne analyserede data fra COMPASS-eksperimentet ved European Organization for Nuclear Research CERN i Genève. der, visse partikler kaldet pioner bringes til ekstremt høje hastigheder og skydes mod brintatomer.

Pioner består af to byggesten, en kvark og en anti-kvark. Disse holdes sammen af ​​det stærke samspil, meget som to magneter, hvis poler tiltrækker hinanden. Når magneter flyttes væk fra hinanden, tiltrækningen mellem dem aftager successivt. Med det stærke samspil er det anderledes:Det stiger i takt med afstanden, ligner trækstyrken i et strækbart gummibånd.

Imidlertid, pionens indvirkning på brintkernen er så kraftig, at denne elastik knækker. Den "strækningsenergi", der er gemt i den, frigives på én gang. "Dette bliver omdannet til stof, som skaber nye partikler, " forklarer Prof. Dr. Bernhard Ketzer fra Helmholtz Institut for Stråling og Kernefysik ved Bonn Universitet. "Eksperimenter som disse giver os derfor vigtige oplysninger om den stærke interaktion."

Usædvanligt signal

I 2015 COMPASS-detektorer registrerede et usædvanligt signal efter sådan en crashtest. Det syntes at indikere, at kollisionen havde skabt en eksotisk ny partikel i et par brøkdele af et sekund. "Partikler består normalt enten af ​​tre kvarker - dette inkluderer protoner og neutroner, for eksempel – eller, ligesom pioner, af en kvark og en antikvark, " siger Ketzer. "Denne nye kortvarige mellemtilstand, imidlertid, så ud til at bestå af fire kvarker."

Sammen med sin forskergruppe og kolleger ved det tekniske universitet i München, fysikeren har nu sat dataene igennem en ny analyse. "Vi var i stand til at vise, at signalet også kan forklares på en anden måde, det er, ved den førnævnte trekant singularitet, " understreger han. Denne mekanisme blev postuleret så tidligt som i 1950'erne af den russiske fysiker Lev Davidovich Landau, men er endnu ikke blevet bevist direkte.

Ifølge denne partikelkollisionen frembragte slet ikke en tetraquark, men et helt normalt kvark-antikvarke-mellemprodukt. Det her, imidlertid, gik i opløsning igen med det samme, men på en usædvanlig måde:"De involverede partikler udvekslede kvarker og ændrede deres identitet i processen, " siger Ketzer, som også er medlem af det tværfaglige forskningsområde "Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions" (TRA Matter). "Det resulterende signal ser så nøjagtigt ud som det fra en tetraquark med en anden masse." Dette er første gang en sådan trekantssingularitet er blevet opdaget, der direkte efterligner en ny partikel i dette masseområde. Resultatet er også interessant, fordi det giver ny indsigt i arten af ​​den stærke interaktion.

Kun en lille del af protonmassen kan forklares med Higgs-mekanismen

protoner, neutroner, pioner og andre partikler (kaldet hadroner) har masse. De får dette fra den såkaldte Higgs-mekanisme, men åbenbart ikke udelukkende:En proton har omkring 20 gange mere masse, end det kan forklares af Higgs-mekanismen alene. "Den meget større del af massen af ​​hadroner skyldes den stærke interaktion, "Ketzer forklarer." Præcis hvordan masserne af hadroner opstår, imidlertid, er endnu ikke klart. Vores data hjælper os med bedre at forstå egenskaberne ved den stærke interaktion, og måske de måder, hvorpå det bidrager til massen af ​​partikler."