粒子物理学

揭示了质子的古董

在质子中,膜颗粒对搅拌的“海”。但这些组件的不同类型不是在相等的单位上表示的。经验刚刚证实了它。

肖恩百事可数 对于Science N°523
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质子夸克海

质子是物质必不可少的砖块之一。用中子,它构成原子的核心。因此,在所有接缝中研究了这种正电荷粒子,并在LHC(大型Hadron撞机),Cern的大型粒子加速器,日内瓦附近,制作质子 - 质子碰撞。非常高的能量和探讨物理法则。质子也被利用在医学领域以治疗肿瘤。

然而,质子仍然是一些谜题的主题。最突出的是这种粒子的光线,因为测量它的各种经验产生了不一致的结果。另一个谜是近期前进的核心。它涉及该粒子中夸克和古老夸夸的质子和“海”的最亲密的结构:杰森鸽子,来自伊利诺伊大学,Urbana-Champaign,美国和合作 Sealame. 已经评估了不同古董对这种海的相对贡献。

质子仍然是一些谜题的主题

夸克和古董的历史就在20世纪60年代初开始。当时,物理学家被困惑。在加速器的碰撞中,他们检测到数百个新的不同粒子,短暂的颗粒。自然是否在巨大的“粒子动物园”中没有链接,或者在一些简单的原则之后这个集合的未知订单结构?答案于1964年在Murray Gell-Mann和George Zweig,美国的冲动下来。这些物理学家假设颗粒,如质子和中子以及在实验中检测到的那些,而不是基本颗粒,但它们由真正的基本要素,夸克(Gell-Mann借入的名称)组成 Finnegans唤醒 ,爱尔兰作家詹姆斯乔斯的工作)。

今天,我们知道六种类型或“味道”的夸克,注意到 u, d, c, s, tb (根据 直立 , , 魅力, 奇怪的, 最佳, 美丽他们已经给出了它们的若干任意名称)。例如,质子由两个夸克组成 u 和夸克 d,而中子由两个夸克组成 d 和夸克 u。夸克对“强相互作用”,粘附在质子(和中子)内的基本力敏感,并且还确保原子核心内的质子和中子的内聚力。强的相互作用与所谓的“颜色”负载(相当于电磁电源的电源)相关联,并通过胶合(电磁相等的相同的光子)传送,这与自己相同。相同的颜色负载(与光子不同,这是电中性的)。

一个夸克的三重奏

1968年,随着加速器 雪橇在加利福尼亚州,通过高能量电子轰炸质子的实验表明,质子是复合颗粒,证实了采石场假设。但快速,在20世纪70年代,这种优雅的质子结构形象已成为难度的源泉。实际上,三个组成夸克的质量只代表了质子块的百分之几。甚至增加了这些夸克的动能的质量相当于这些夸克的动能(根据着名的关系 E2),帐户不在那里。此外,实验表明,一部分入射电子由质子中的其他成分偏转......

事实上,强烈的相互作用理论,“量子色力学”,表明除了其三个所谓的“瓦伦西亚”夸克之外,质子还举办了一个“海”,由众多对夸克 - 帝王克里克短暂的单词表示“虚拟的”。实际上,将夸克与它们之间的曲克结合的胶合有时会发出新的胶合或崩解成夸克 - 古老夸克对,这立即被歼灭改革胶合。永久性激动中这种海的能量对应于质子质量的缺失部分。

弥撒是如此解决的谜团吗? 2008年,CNRS理论物理中心和Aix-Marseille大学的Laurent Lellouch,他的同事通过将计算机的质量计算了“量子色动力学在a上的技术”网络”。结果与实验测量相容。

物理学家然后质疑夸克和古董海洋的组成。一些夸克和古董的口味更频繁地出现?味道有不同的群众:夸克 u et d 拥有一些巨型电池(能量单位)的大量订单, s 约为100倍, c et b 近1,000次更重 t 含量达到100,000倍。如果所有夸克都有助于海洋,它以两个最轻的夸克为主,因为夸克 - 古夸克对外观的可能性随质量而降低。因此,这些问题总结在比例输入夸克中 u 和夸克 d. 先验他们的群众关闭,我们可以认为它们同样出现。

瓦伦西亚夸克只占质量的百分之几

因为很难区分属于瓦伦西亚三联体的夸克 uud. 研究人员属于大海的夸克,他们将注意力集中在古董,这必然来自海洋。在他们的经历中,他们专注于探测质子的特定过程。 1970年,美国人Sidney Drell和Tung-Mow Yan提出了用质子梁轰炸质子靶(氢气)。当质子入射的价夸克与靶的质子的海洋的古董相互作用时,它们分析到光子中,该光子依次崩解电子 - 正电子对对或一对muOn-抗毒性(μs重型的电子版)。在这种类型的实验中,MUON更容易测量;因此,物理学家分析了新兴的μONs来确定古董的比例 ud.

进行了两个实验以进行这种类型的措施。经验 NA51,在CERN,1994年发布其结果;经验 Nusea.,在2001年,在芝加哥附近的Prowilab。这两种经验导致了令人惊讶的结论:在质子大海,古董 d 比古董稍微略高 u.

不对称的曲目

如何解释这种不对称?有几种机制已经前进。例如,一些物理学家调用了Pauli排除的原则,该原则尤其适用于夸克,并且禁止两个相同的粒子在相同量子状态。像质子有两个夸克 u 瓦伦西亚和一个 d,排除Pauli的原则宁愿赞成一对Quark-Antiquark的类型 d。另一条轨迹说,质子的结构从上到瓦伦西亚的三种夸克 (UUD) 以及组合中子的形式 (UDD) 和一个积极的典当,粒子由夸克组成 u 和古董 d。因此,后者将在古董海洋中存在更大的存在。最后,将夸克海景与天然气的统计模型相比也表现出过量的古董 d.

这些不同的解释没有给出相同的定量预测,而是两种经验的准确性 NA51Nusea. 不足以区分他们。更令人惊讶,在实验中 Nusea.,物理学家推导了古董丰富报告 ud 取决于事件质子夸克的脉冲,涉及Drell yan反应的事件。他们发现高推动力,报告似乎有利于古董 u,这伤害了所提出的情景。

但这结果是,在实验的测量能力的限制下 Nusea., 不一定非常可靠。因此,有必要重做经验。这是合作已经开始的 Sealame.,在农民。随着精度提高,该团队表明该报告几乎不变,古董 d 即使在高能量,这与最后一项措施相矛盾 Nusea.。这种新结果恢复了理论场景,但不允许他们区分它们。

海边体验的看法在费米尔。质子束通过装置的不同层。碰撞期间产生的颗粒然后将前往厚的铁壁厚。它们都被停止,除了在另一侧检测到的μON;对其能量及其冲动的分析提供了有关夸克海洋和质子的古董的信息的信息。

©FERMILAB(美国加速器的费米实验室)

为了解决这个谜团,使用量子色动力学的第一个原理来计算质子的性质的模拟将是有价值的帮助。但解决方案可能来自质子旋转的尺寸。

旋转是量子量子,其对应于颗粒的内在动力学力矩。现在,与瓦伦西亚夸克只代表占质量的百分之几的百分之几,它们只能旋转30%。夸克和古董海洋如何恢复剩下的70%?统计模型或涉及中子型配置的模型可能导致相当不同的预测,这将测试它们。并且已经在Frookhaven和Cern的美国实验室中研究了经验。物理学家最终会最终提取隐藏在这个虚拟粒子底部的所有珍品吗?

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