Første direkte observation af dødkegleeffekten i partikelfysik

ALICE-samarbejdet ved Large Hadron Collider (LHC) har foretaget den første direkte observation af dødkegleeffekten - et grundlæggende træk ved teorien om den stærke kraft, der binder kvarker og gluoner sammen til protoner, neutroner og i sidste ende alle atomare. kerner. Ud over at bekræfte denne effekt, er observationen rapporteret i et papir offentliggjort i dag i Nature , giver direkte eksperimentel adgang til massen af ​​en enkelt charmekvark, før den er indespærret inde i hadroner.

"Det har været meget udfordrende at observere den døde kegle direkte," siger ALICE-talsmand Luciano Musa. "Men ved at bruge tre års data fra proton-proton-kollisioner ved LHC og sofistikerede dataanalyseteknikker har vi endelig været i stand til at afdække det."

Kvarker og gluoner, samlet kaldet partoner, produceres i partikelkollisioner som dem, der finder sted ved LHC. Efter deres skabelse gennemgår partoner en kaskade af begivenheder kaldet et partonbruser, hvorved de mister energi ved at udsende stråling i form af gluoner, som også udsender gluoner. Strålingsmønsteret for denne bruser afhænger af massen af ​​den gluon-emitterende parton og viser et område omkring partonens flyveretning, hvor gluon-emissionen er undertrykt - den døde kegle.

Forudsagt for tredive år siden ud fra de første principper i teorien om den stærke kraft, er den døde kegle blevet indirekte observeret ved partikelkolliderer. Det har dog været udfordrende at observere den direkte fra partonbruserens strålingsmønster. Hovedårsagerne til dette er, at den døde kegle kan fyldes med de partikler, som den emitterende parton omdannes til, og at det er vanskeligt at bestemme den skiftende retning af partonen gennem bruseprocessen.

ALICE-samarbejdet overvandt disse udfordringer ved at anvende state-of-the-art analyseteknikker på en stor prøve af proton-proton-kollisioner ved LHC. Disse teknikker kan rulle partonbruseren tilbage i tiden fra dens slutprodukter - signalerne efterladt i ALICE-detektoren af ​​en spray af partikler kendt som en stråle. Ved at lede efter jetfly, der indeholdt en partikel indeholdende en charme-kvark, var forskerne i stand til at identificere en jet, der var skabt af denne type kvark, og spore kvarkens hele historie med gluon-emissioner tilbage. En sammenligning mellem charmekvarkens gluon-emissionsmønster med gluonernes og praktisk talt masseløse kvarker afslørede derefter en død kegle i charmekvarkens mønster.

Resultatet afslører også direkte charmekvarkens masse, da teori forudsiger, at masseløse partikler ikke har tilsvarende døde kegler.

"Kvarkmasser er fundamentale størrelser i partikelfysik, men de kan ikke tilgås og måles direkte i eksperimenter, fordi kvarker, med undtagelse af topkvarken, er indespærret inde i sammensatte partikler," forklarer ALICE fysikkoordinator Andrea Dainese. "Vores succesfulde teknik til direkte at observere en parton-brusers døde kegle kan tilbyde en måde at måle kvarkmasser på." + Udforsk yderligere

Ny indsigt i protonens indre struktur