دانشمندان در پژوهش های اخیر خود نشان داده‌اند که مشاهده مستقیم اثر مخروط مرده و همچنین اندازه‌گیری مستقیم جرم ذره‌ای بنیادی که به نام کوارک افسون شناخته می‌شود، امکان‌پذیر است. مخروط مرده یکی از ویژگی‌های اساسی نظریه نیروی قوی هسته ای است. با دیپ لوک همراه باشید…
همکاری ALICE با LHC برای اولین بار مشاهده اثر مخروط مرده را ممکن ساخته است. مخروط مرده یکی از ویژگی‌های اساسی نظریه نیروی قوی هسته ای است. این همان نیرویی است که کوارک‌ها و گلوئون‌ها را به پروتون‌ها و تونرون‌ها و در نهایت همه هسته اتم را به هم، مقید می‌کند. پژوهشی که در مجله نیچر منتشر شده است، علاوه بر تایید اثر مخروط مرده، اندازه گیری مستقیم جرم یک کوارک افسون را نیز گزارش می‌کند. اندازه‌گیری جرم کوارک افسون پیش از محدودشدن آن در هادرون‌ها انجام می‌شود. لوچیانو موسا، سخنگوی ALICE می‌گوید:
مشاهده مستقیم اثر مخروط مرده بسیار چالش‌برانگیز بوده است. اما با استفاده از داده‌های ارزشمندی که در طول سه سال از برخوردهای پروتون-پروتون در LHC به دست آمده، و همچنین با استفاده از تکنیک‌های پیچیده تحلیل داده، در نهایت توانسته‌ایم از آن پرده برداریم.
پدیده رگبار پارتون
کوارک‌ها و گلوئون‌ها، که با هم پارتون نامیده می‌شوند، در برخوردهای ذرات، از نوع برخوردهایی که در LHC اتفاق می‌افتد، تولید می‌شوند. پارتون‌ها، بعد از به‌وجود آمدنشان، دستخوش مجموعه‌ای از رویدادها می‌شوند که به آن رگبار پارتون گفته می‌شود. در پدیده رگبار پارتون، پارتون‌ها با تابش کردن گلوئون، انرژی از دست می‌دهند و بنابراین گلوئون نیز منتشر می‌کنند. الگوی تابش این رگبار بستگی به جرم پارتونی که گلوئون منتشر می‌کند دارد. این الگو ناحیه‌ای را در گرداگرد جهت حرکت پارتون، که در آن انتشار گلوئون متوقف می‌شود، یعنی مخروط مرده، نشان می‌دهد.
چالش‌های مشاهده مستقیم اثر مخروط مرده
همانطور که سی سال قبل، از روی اصول اولیه نظریه نیروی قوی هسته‌ای پیش بینی می‌شد، مخروط مرده در برخورد دهنده‌های ذره به طور غیرمستقیم مشاهده شده است. با این وجود، مشاهده مستقیم آن از روی الگوی تابش رگبار پارتون، همچنان به صورت یک چالش باقی مانده است. یکی از دلایل اصلی این موضوع پر شدن مخروط مرده با ذراتی است که پارتون منتشر کننده گلوئون، به آن تبدیل می‌شود. دلیل دیگر، مشکل بودن تعیین جهت در حال تغییر پارتون، در تمام طول فرآیند رگبار است.
همکاری ALICE، با استفاده از تکنیک‌های تحلیل به‌روز بر روی تعداد زیادی نمونه از برخوردهای پروتون – پروتون در LHC، بر این چالش‌ها فایق آمد. محصولات نهایی رگبار پارتون، نشانه‌های به جا مانده بوسیله افشانه ذرات در آشکارساز ALICE است که با نام فواره یا جت شناخته می‌شوند. این تکنیک‌های تحلیل به‌روز و کارآمد می‌توانند با به عقب کشیدن زمان، رگبار پارتون را از این محصولات نهایی بیرون بکشند. محققان، با جستجو به دنبال فواره‌هایی شامل یک ذره حاوی یک کوارک افسون، توانستند فواره بوجود آمده بوسیله این نوع از کوارک را تشخیص داده و کل تاریخچه انتشار گلوئون این کوارک را ردیابی کنند. مقایسه‌ای بین الگوی انتشار گلوئون کوارک افسون با گلوئون‌ها و کوارک‌های عملا بی‌جرم، یک مخروط مرده را در الگوی کوارک افسون آشکار کرد.
جرم کوارک افسون
همانطور که نظریه پیش بینی می‌کند، ذرات بی‌جرم مخروط مرده متناظری ندارند؛ بنابراین نتایج این پژوهش به طور مستقیم جرم کوارک افسون را نیز آشکار می‌سازد. آندریا داینیز (Andrea Dainese)، هماهنگ کننده ALICE، توضیح می‌دهد:
جرم کوارک‌ها مقادیری بنیادین در فیزیک ذرات هستند، اما این مقادیر، از طریق آزمایش و به طور مستقیم، در دسترس نیستند. به استثنای کوارک بالا، کوارک‌ها در درون ذرات مرکب محدود شده‌اند. تکنیک موفق ما برای مشاهده مستقیم مخروط مرده یک رگبار پارتون این قابلیت را دارد که راهی را برای اندازه‌گیری جرم کوارک‌ها پیشنهاد دهد.
گفتگو۱ دیدگاه
بسیار عالی و مفید بود. خیلی عالی هستش که بحث فیزیک کوانتوم انقدر روان و ساده بیان میشه و فهمش رو راحت میکنه. موفق و پایدار باشید.