Это подобно шокирующим ученым ситуации, оказался в, анализируя результаты вращающихся протонов, ударяющих разного размера атомные ядра в Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) – американский Офис Министерства энергетики (DOE) Научного Пользовательского Средства для ядерного исследования физики в Брукхевенской Национальной лаборатории САМКИ. Нейтроны, произведенные, когда вращающийся протон сталкивается с другим протоном, выпускают небольшое правое – искажают предпочтение. Но когда вращающийся протон сталкивается с намного большим золотым ядром, направленное предпочтение нейтронов становится больше и переключается налево.«Что мы наблюдали, было полностью удивительно», сказал Брукхевенский физик Александр Базилевский, заместитель докладчика для сотрудничества PHENIX в RHIC, который сообщает об этих результатах в новой работе, просто опубликованной в Physical Review Letters. «Наши результаты могут означать, что механизмы, производящие частицы вдоль направления, в котором едет вращающийся протон, могут очень отличаться в столкновениях протонного протона по сравнению со столкновениями протонного ядра».
Понимание различных производственных механизмов частицы могло иметь большие последствия для интерпретации других высокоэнергетических столкновений частицы, включая взаимодействия ультравысокоэнергетических космических лучей с частицами в атмосфере Земли, сказал Базилевский.Обнаружение направленных предпочтений частиц
Вращайтесь физики сначала наблюдали тенденцию большего количества нейтронов появиться немного направо во взаимодействиях протонного протона в 2001-2002, во время первых поляризованных протонных экспериментов RHIC. RHIC, который работал с 2000, является единственным коллайдером в мире со способностью точно управлять поляризацией или направлением вращения, сталкивающихся протонов, таким образом, это было новой территорией в то время. Это заняло время для теоретических физиков, чтобы объяснить результат. Но теория, которую они разработали, изданный в 2011, не привела ученым причины ожидать такое сильное направленное предпочтение, когда протоны сталкивались с большими ядрами, уже не говоря о полном щелчке в направлении того предпочтения.
«Мы ожидали что-то подобное эффекту протонного протона, потому что мы не могли думать ни о каких причинах, почему асимметрия могла отличаться», сказал Итэру Накагава, физик из лаборатории Японии RIKEN, который занимал должность заместителя PHENIX управляемого координатора для измерений вращения в 2015. «Вы можете вообразить, почему шар для боулинга рассеял бы бильярдный шар в противоположном направлении по сравнению с целевым бильярдным шаром?»2015 был годом, RHIC сначала столкнулся поляризованные протоны с золотыми ядрами в высокой энергии, первое такие столкновения где угодно в мире.
Минджанг Ким – аспирант в Сеульском национальном университете и Научно-исследовательском центре RIKEN-BNL в Brookhaven Lab – сначала заметил, что удивительно драматические уклоняются нейтронов – и то, что направленное предпочтение было напротив того замеченного в столкновениях протонного протона. Bazilevsky работал с нею на анализе данных и моделированиях датчика, чтобы подтвердить эффект и удостовериться, что это не был экспонат от датчика или чего-то, чтобы сделать с регулированием лучей. Затем Накагава работал в тесном сотрудничестве с физиками акселератора на ряде экспериментов, чтобы повторить измерения при условиях, которыми еще более точно управляют.«Это было действительно совместным усилием между экспериментаторами и физиками акселератора, которые могли настроить такое огромное и сложное средство акселератора на лету, чтобы удовлетворить наши экспериментальные потребности», сказал Базилевский, выразив благодарность за те усилия и восхищение многосторонностью и гибкостью RHIC.
Новые измерения, которые также включали результаты столкновений протонов с алюминиевыми ионами промежуточного размера, показали, что эффект был реален и что он изменился с размером ядра.«Таким образом, у нас есть три набора данных – столкновение поляризованных протонов с протонами, алюминием и золотом», сказал Базилевский. «Асимметрия постепенно увеличивается с отрицания в протонном протоне – с большим количеством нейтронов, рассеивающихся направо – к почти нулевой асимметрии в протонном алюминии к большой положительной асимметрии в золотых протоном столкновениях – еще с многими рассеиваниями налево».Производственные механизмы частицыЧтобы понять результаты, ученые должны были более тесно посмотреть на процессы и силы, затрагивающие рассеивающиеся частицы.
«В мире частицы вещи намного более сложны, чем простой случай (вращающегося) бильярдного столкновения шаров», сказал Базилевский. «Есть много различных процессов, вовлеченных в рассеивание частицы, и эти процессы сами могут взаимодействовать или вмешаться друг с другом».«Измеренная асимметрия – сумма этих взаимодействий или вмешательства различных процессов», сказал Ким.Накагава, который привел теоретическую интерпретацию экспериментальных данных, разработанных различные механизмы.
Основная идея состоит в том, что, в случае больших ядер, таких как золото, у которых есть очень большой положительный электрический заряд, электромагнитные взаимодействия играют намного более важную роль в производстве частицы, чем они делают в случае, когда два маленьких, одинаково заряженных протона сталкиваются.«В столкновениях протонов с протонами эффект электрического заряда незначительно небольшой», сказал Накагава. В этом случае асимметрию стимулируют взаимодействия, которыми управляет сильная ядерная сила – как теория, разработанная назад в 2011 правильно описанный.
Но как размер, и поэтому заряжают, увеличений ядра, электромагнитная сила берет на себя большую роль и, в определенный момент, щелкает направленным предпочтением нейтронного производства.Ученые продолжат анализировать данные 2015 года по-разному, чтобы видеть, как эффект зависит от других переменных, таких как импульс частиц в различных направлениях. Они также посмотрят на то, как предпочтения частиц кроме нейтронов затронуты, и работа с теоретиками, чтобы лучше понять их результаты.Другая идея состояла бы в том, чтобы выполнить новый ряд экспериментов, сталкивающихся поляризованные протоны с другими видами ядер, еще не измеренных.
«Если мы наблюдаем точно асимметрию, мы предсказываем на основе электромагнитного взаимодействия, тогда это становится очень убедительными доказательствами, чтобы поддержать нашу гипотезу», сказал Накагава.В дополнение к обеспечению уникального способа понять различные производственные механизмы частицы, этот новый результат добавляет к озадачивающей истории того, что вызывает поперечную асимметрию вращения во-первых – нерешенный вопрос для физиков с 1970-х.
Эти и другие результаты поляризованных протонных столкновений RHIC будут в конечном счете способствовать решению этого вопроса.