Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Nature, η συνεργασία ALICE περιγράφει μια τεχνική που ανοίγει μια πόρτα για μελέτες υψηλής ακρίβειας στο Large Hadron Collider (LHC) για τη δυναμική της ισχυρής δύναμης μεταξύ των αδρονίων.
Τα αδρονία είναι σύνθετα σωματίδια φτιαγμένα από δύο ή τρία κουάρκ που συνδέονται μεταξύ τους από την ισχυρή αλληλεπίδραση, η οποία προκαλείται από γλουόνια. Αυτή η αλληλεπίδραση δρα επίσης μεταξύ αδρονίων, δεσμευτικών νουκλεονίων (πρωτονίων και νετρονίων) μαζί μέσα σε ατομικούς πυρήνες. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην πυρηνική φυσική σήμερα είναι η κατανόηση της ισχυρής αλληλεπίδρασης μεταξύ των αδρονίων με διαφορετικό περιεχόμενο κουάρκ από τις πρώτες αρχές, δηλαδή, ξεκινώντας από την ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ και των γλουόνων των συστατικών των αδρονίων.
Οι υπολογισμοί που είναι γνωστοί ως κβαντική χρωμοδυναμική δικτυωτού πλέγματος (QCD) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της αλληλεπίδρασης από τις πρώτες αρχές, αλλά αυτοί οι υπολογισμοί παρέχουν αξιόπιστες προβλέψεις μόνο για τα αδρονόνια που περιέχουν βαριά κουάρκ, όπως τα υπερόνια, τα οποία έχουν ένα ή περισσότερα παράξενα κουάρκ. Στο παρελθόν, αυτές οι αλληλεπιδράσεις μελετήθηκαν με σύγκρουση αδρονίων μαζί σε πειράματα σκέδασης, αλλά αυτά τα πειράματα είναι δύσκολο να εκτελεστούν με ασταθή (δηλ. Ταχέως αποσυντιθέμενα) αδόνια όπως τα υπερόνια. Αυτή η δυσκολία έχει μέχρι στιγμής αποτρέψει μια ουσιαστική σύγκριση μεταξύ μετρήσεων και θεωρίας για αλληλεπιδράσεις αδρονίου-αδρονίου που περιλαμβάνουν υπερόνια.
Εισαγάγετε τη νέα μελέτη από τη συνεργασία πίσω από το ALICE, ένα από τα κύρια πειράματα στο LHC. Η μελέτη δείχνει πώς μια τεχνική που βασίζεται στη μέτρηση της διαφοράς ορμής μεταξύ των αδρονίων που παράγονται σε συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων στο LHC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποκαλύψει τη δυναμική της ισχυρής αλληλεπίδρασης μεταξύ των υπερτονίων και των νουκλεονίων, πιθανώς για οποιοδήποτε ζεύγος αδρονίων. Η τεχνική ονομάζεται femtoscopy επειδή επιτρέπει τη διερεύνηση χωρικών ζυγών κοντά σε 1 femtometre (10 −15 μέτρα) – σχετικά με το μέγεθος ενός αδρονίου και το χωρικό εύρος της δράσης ισχυρής δύναμης.
Αυτή η μέθοδος επέτρεψε στο παρελθόν την ομάδα της ALICE να μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις που αφορούσαν τα υπερήνια Lambda (Λ) και Sigma (Σ), τα οποία περιέχουν ένα παράξενο κουάρκ συν δύο ελαφριά κουάρκ, καθώς και το υπερόνιο Xi (Ξ), το οποίο αποτελείται από δύο παράξενα κουάρκ συν ένα ελαφρύ κουάρκ. Στη νέα μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε την τεχνική για να αποκαλύψει με μεγάλη ακρίβεια την αλληλεπίδραση μεταξύ ενός πρωτονίου και του σπανιότερου από τα υπερόνια, το ωμέγα Ω, το οποίο περιέχει τρία παράξενα κουάρκ.
«Ο ακριβής προσδιορισμός της ισχυρής αλληλεπίδρασης για όλους τους τύπους υπερτονίων ήταν απροσδόκητος», λέει η Laura Fabbietti, καθηγήτρια στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. «Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τρεις παράγοντες: το γεγονός ότι ο LHC μπορεί να παράγει αδρονόνια με άφθονα παράξενα κουάρκ, την ικανότητα της τεχνικής φωτοσκοπίας να ανιχνεύει τη φύση της ισχυρής αλληλεπίδρασης μικρής εμβέλειας και τις εξαιρετικές δυνατότητες του ανιχνευτή ALICE να εντοπίστε σωματίδια και μετρήστε τη δυναμική τους.
«Η νέα μας μέτρηση επιτρέπει τη σύγκριση με προβλέψεις από υπολογισμούς QCD του πλέγματος και παρέχει μια σταθερή βάση για περαιτέρω θεωρητική εργασία», λέει ο εκπρόσωπος της ALICE Luciano Musa. “Τα δεδομένα από τις επόμενες διαδρομές LHC πρέπει να μας παρέχουν πρόσβαση σε οποιοδήποτε ζεύγος αδρονίων.”
«Η ALICE άνοιξε μια νέα λεωφόρο για την πυρηνική φυσική στον LHC μια που περιλαμβάνει όλους τους τύπους κουάρκ», καταλήγει ο Musa.