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符合“odderon”:大型强子对撞机实验显示了几十年来寻找准粒子

时间:2018-02-02 12:49 来源:未知 作者:admin 阅读:
高能量实验粒子物理学家团队发现了一个亚原子准粒子被称为“odderon”的可能证据,直到现在,它才被推断存在。


在法国与瑞士交界的17英里的环形隧道中,科学家的国际合作使用世界上最先进的科学仪器 - 大型强子对撞机(LHC)进行实验。粒子物理学家通过粉碎接近光速的质子,分析这些碰撞并更多地了解宇宙中所有物质的基本组成。例如,近年来,这些实验显示了希格斯玻色子发现诺贝尔奖的数据。
 
现在,包括堪萨斯大学在内的一批高能粒子实验粒子物理学家发现了一个亚原子准粒子被称为“odderon”的可能证据,直到现在,它才被推断存在。他们的研究成果目前已经发表在arXiv和CERN预印本服务器上,已经提交给同行评审期刊的两篇论文中。
 
KU物理与天文学系基金会特聘教授Christophe Royon说:“我们从20世纪70年代就一直在寻找这种方法。
 
新发现涉及强子(包括质子和中子的粒子族),它们是由夸克与胶子“胶合”而成的。这些特定的实验涉及碰撞后质子保持完整的“碰撞”。在以前的所有实验中,科学家都发现碰撞只涉及偶数个不同质子之间交换的胶子。
 
KU的粒子理论家蒂莫西·拉本(Timothy Raben)说:“质子的相互作用就像是两辆运输汽车的大型半卡车一样,你在高速公路上看到的那种。“如果这些卡车一起坠毁,在发生车祸后你仍然会有卡车,但现在车子不在卡车上了,而且新车也在生产(能源转化为物质)。
 
在这篇新论文中,研究人员使用更多的能量和更精确地观察碰撞,报告了碰撞中没有任何夸克的奇数胶子的潜在证据。
 
Royon说:“到目前为止,大多数模型都认为有一对胶子 - 总是偶数。“现在我们第一次测量了更多的事件和属性,并且获得了新的能量,我们发现了与这种假设偶数胶子的传统模型不相容的测量结果,这是我们可能见过的一种发现这是第一次,胶子数量的奇怪交换,可能有三,五,七或更多的胶子。
 
KU的研究人员解释说,odderon可以被看作是来自所有类型的奇数胶子交换的总贡献。它代表所有三,五,七个或其他奇数个胶子的参与。相比之下,旧模型假定所有偶数胶子都有贡献,所以它包括了2,4,6或更多偶数胶子的贡献。
 
在大型强子对撞机上,这项工作是由来自八个国家的100多名物理学家组成的小组利用TOTEM实验进行的,这个超级碰撞中的四个点之一接近质子束,导致质子对碰撞,导致数十亿质子对碰撞每一秒。
 
KU的研究人员说,这些发现为粒子物理的标准模型提供了新的细节,这是一个被广泛接受的物理学理论,它解释了物质的基本构建块如何相互作用。
 
拉本说:“这并不违反标准模型,但是标准模型中有非常不透明的区域,这项工作揭示了这些不透明区域之一的光芒。
 
物理学家们已经想象了几十年来奥德顿的存在,但直到2015年LHC开始以最高能量运行之前,奥德龙仍然仅仅是一个猜想。收集并呈现在新论文中的数据收集在13 Teraelectronvolts(TeV),最快的科学家曾经能够碰撞质子。
 
“这些观点可以追溯到70年代,但是即使在那个时候,很快就可以看出,我们并不是能够看到奥德姆的技术,所以在数十年的预测中,奥德姆还没有被看到。拉本说。
 
根据KU研究人员的说法,TOTEM实验旨在检测未被碰撞破坏的质子,但只是略有偏差。所以,TOTEM粒子探测器放置在距离不相互作用的质子出射光束几毫米处。通过比较当前的结果和使用功率较低的粒子加速器在较低能量下的测量结果,TOTEM能够进行最精确的测量。
 
共同作者比较了不同能量碰撞特征的比例,建立了“rho参数”,这一措施帮助建立了可能存在odderons的证据。
 
Raben说:“如果你的能量真的很高,那么就有可以测量的高能量的相互作用的特征。“但是有不同类型的高能量增长签名,到目前为止,我们只需要考虑一种高能量增长行为,实质上这些数量可能会随着能量的变化而变化。参数基本上是衡量一个签名与另一个这种高能量增长的比率。“
 
rho参数的这种测量是由几个博士后和高级物理学家共同完成的工作,协作和关键的贡献,在探测器的硬件上,特别是在物理分析上。
 
除了Royon之外,参与新TOTEM发现的KU人员包括今年获得CMS成就奖的博士后研究员Nicola Minafra和研究生Cristian Baldenegro Barrera,Justin Williams,Tommaso Isidori和Cole Lindsey。参加这项工作的其他KU研究人员是Laurent Forthomme,也是CERN的一名博士后研究人员,从事CMS / TOTEM实验工作,还有研究生Federico Deganutti,他从事Raben理论研究。
 
“我们的学生来自很多不同的国家,”Royon说。“KU在新事物的前沿工作,我们期望在未来的几个月或几年内取得重大成果,其他研究工作包括在宇宙中寻找一个额外的维度,但现在我们只是看数据。
 
Royon说,TOTEM实验用于测量LHC中质子飞行时间的快速定时探测器,可以看到许多医学应用,NASA用于测量宇宙射线的空间物理学和海水淡化,这是KU物理学家正在与KU工程学院的基金会特聘教授Mark Shiflett一起探讨。
 

(责任编辑:admin)

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