بسیار جالب است که غول پیکرترین سازه های دست انسان برای آزمایش ریزترین ذرات هستی به کار گرفته می شوند و تقابل آنها منجر به یافته های جدیدی می شود. با دیپ لوک همراه باشید…
در قرون گذشته، دانشمندان تجربی با یک آزمایش نسبتاً ساده می توانستند قوانین و نظریات علمی را بیازمایند، اما رفته رفته با پیچیده شدن این نظریات علمی روی کاغذ؛ آزمایش آنها در واقعیت هم مشکل تر شد، به گونه ای که امروزه دانشمندان برای آزمایش و مطالعه بر روی ذرات بنیادی، باید از شتاب دهنده های غول پیکری که کیلومترها وسعت دارند، استفاده کنند. در مقاله ی قبلی (سفر به لحظاتی پس از بیگ بنگ!) در مورد یکی از این شتاب دهنده ی های عظیم الجثه، یعنی LHC بحث کردیم، اما حالا در این مقاله می خواهیم در مورد یک ابرسازه ی دیگر، یعنی RHIC ویافته ی جدید آن صحبت کنیم. مانند مقاله ی قبلی، بهتر است ابتدا معرفی کوتاهی در مورد این شتاب دهنده ارائه کنیم.
RHIC کوتاه شده ی عبارت Relativistic Heavy Ion Collider و به معنای برخوردهنده یون‌های سنگین نسبیتی است که به صورت “ریک” هم تلفظ می شود. اینجا واژه ی “نسبیتی” خودنمایی می کند. بنابراین یکی از شاخصه های اصلی این برخورددهنده، برخورد دادن یون های سنگین در سرعتی نزدیک به سرعت نور است. اما ویژگی منحصربفرد این شتابدهنده، برخورد دادن پروتونهای قطبیده از نظر اسپینی است. این شتابدهنده در آزمایشگاه ملی بروکهاون و در نیویورک آمریکا واقع است. البته باید بگویم که رقیب اروپایی این شتابدهنده، یعنی LHC از نظر بزرگی در رتبه ی اول قرار دارد و RHIC در رتبه ی دوم. شکل زیر جزییات RHIC را نشان می دهد. تصویر زیر، ساختار و یک روز کاری را در RHIC نشان میدهد. این تصویر دارای کیفیت بالایی است، برای دیدن آن در ابعاد واقعی روی آن کلیک کنید.
آنتی کوارک باعث ایجاد سهم مثبت اسپین پروتون می شود
یکی از شاخصه های اساسی هر ذره ی بنیادی، اسپین است. اسپین ریشه ای نسبیتی دارد و در واقع سرو کله ی آن از معادله ی نسبیتی دیراک (جایگزین معادله ی شرودینگر در مکانیک کوانتوم نسبیتی) پیدا می شود. آزمایش در RHIC، چگونگی دخالت یک آنتی کوارک (یک جز از پروتون) را در اسپین پروتون مشخص می کند. معمای اسپین پروتون زمانی شروع شد که آزمایش هایی در سال های ۱۹۸۰، کوارک ها و آنتی کوارک ها (یعنی دو جز سازنده ی پروتون) را بررسی کردند. نتایج بدست آمده از آزمایش انجام شده توسط RHIC، نخستین مدرک محکمی هستند که نشان می دهند آنتی کوارک های پروتون، قطبی شده اند. این یافته، به درک ساختار درونی پروتون و مکانیسم تولید آنتی کوارک ها کمک شایانی می کند.
پروتون یک ذره ی ترکیبی، متشکل از کوارک هایی با انواع مختلف یا بهتر است بگوییم با مزه های مختلف است. این کوارک ها به وسیله ی ذرات حمل کننده ی نیرو یا همان گلوئون ها در کنار یکدیگر نگه داشته می شوند. با استفاده از برخوردهای پروتون های قطبی شده در RHIC ، چگونگی مشارکت کوارک ها و آنتی کوارک ها در اسپین پروتون مشخص می شود. کوارک های سازنده ی پروتون از طریق تولید نیروی ضعیف حمل کننده ی بوزون های W جستجو می شود. آنالیز بوزون های W، عدم تقارن قابل توجهی را در تعدادی از آنها نشان می دهد. RHIC ثابت می کند که عدم تقارن های مشاهده شده باعث قطبش آنتی کوارک مزه ی “بالا” ی مثبت و آنتی کوارک “پایین” منفی می شود.
تصویر بالا، آشکارساز STAR به کاررفته در این آزمایش RHIC را نشان می دهد. STAR انرژی و زاویه ی الکترون بدست آمده از واپاشی بوزون W را اندازه می گیرد. این واپاشی در اثر برخورد پروتون-پروتون به وجود می آید. دانشمندان این اطلاعات را برای تعیین اینکه چگونه کوارک ها و آنتی کوارک هایی با مزه های متفاوت در اسپین یک پروتون مشارکت دارند، استفاده می کنند. این داده های جدید، منجر به توسعه ی مدل های نظری که ریشه ی آنتی کوارک های پروتون را به مکانیسم های ویژه ی نیروی هسته ای قوی نسبت می دهد، می شود. قطعاً یافته های بیشتر RHIC ، این مدل ها را بهبود خواهد بخشید.
منبع: sciencedaily
