Столкновения частицы в RHIC – американский Офис Министерства энергетики (DOE) Научного Пользовательского Средства, расположенного в Брукхевенской Национальной лаборатории САМКИ – регулярно, воссоздает крошечные спекуляции плазмы глюона кварка (QGP), смесь кварка и глюонов, фундаментальных стандартных блоков видимого вопроса, который в последний раз существовал как свободные частицы приблизительно 14 миллиардов лет назад. Столкновения освобождают кварк и глюоны от их заключения в обычных частицах (например, протоны и нейтроны), таким образом, ядерные физики могут изучить свои взаимодействия и силу, которая скрепляет их во вселенной сегодня.Новые измерения, описанные в работе, просто опубликованной в Physical Review Letters, первые, чтобы прибыть с модернизации точности на ЗВЕЗДНЫЙ датчик RHIC, известный как «Тяжелый Шпион Аромата» (HFT).
Определенно, бумага сообщает подробности о первом прямом измерении в RHIC того, как тип тяжелой частицы, содержащей кварк «очарования», оказывается в потоке расширяющейся шаровой молнии. Это измерение – завещание к возможностям HFT – дает ученым новое окно в понимание взаимодействий частиц, которые составляют субатомный суп.«Сравнивая наши измерения с теоретическими предсказаниями, которые включают различные параметры, которые играют роль в этих взаимодействиях – вещи как коэффициент распространения (как быстро кварк очарования распространялся всюду по плазме) и вязкость (насколько липкий QGP) – мы можем узнать о том, как эти различные свойства касаются друг друга, и в конечном счете почему QGP ведет себя способ, которым это делает», сказал Брукхевенский физик Флемминг Видебэек, менеджер проектов, ответственный за полную фальсификацию ЗВЕЗДЫ HFT.
Отслеживание частицы точностиЧастицы, содержащие тяжелый кварк, считают идеальными исследованиями для понимания плазмы глюона кварка, потому что они могут взаимодействовать по-другому с плазмой, чем легкий кварк делает, предлагая тонкие подсказки о ее свойствах. Но QGP выкладывает частицы, содержащие тяжелый кварк только редко, в условиях тысяч других частиц, сделанных из более легких вариантов кварка. Несколько тяжелых частиц, которые действительно появляются распад в другие частицы почти немедленно – простые доли миллиметра от шаровой молнии QGP, в которой они были созданы.
Эта редкость и быстрый распад делают тяжелые частицы трудными обнаружить.HFT ЗВЕЗДЫ, современное устройство слежения, теперь сидящее в центре датчика размера дома, был разработан, чтобы отследить неуловимые, но важные тяжелые частицы.
Развитый ядерными физиками в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, HFT – первый кремниевый датчик в коллайдере, который использует Монолитную Активную Пиксельную технологию Датчика – та же самая технология, используемая в цифровых фотоаппаратах. Ультратонкие датчики – в отличие от многих компонентов обнаружения частицы ЗВЕЗДЫ – сидят очень близко к центральному beampipe, в котором происходят столкновения. В то время как достаточно не совсем близко обнаружить сам тяжелый кварк очарования, это местоположение и высокое разрешение датчика (360 миллионов пикселей, измеряющих 20 x 20 микронов каждый), позволяют ему брать признаки распада тяжелых частиц.Для этого конкретного исследования ЗВЕЗДНЫЕ физики отслеживали частицы, названные каонами и пионами, которые появляются, когда частицы «кварк очарования, содержащий» известный как D-ноли, распадаются.
Совместное усилие от многих групп сотрудничества – включая исследователей от Брукхевенской Национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Кентского Государственного Университета и Университета Иллинойса в Чикаго – сделало этот анализ успешным в скором времени.«Мы используем HFT, чтобы искать каоны и пионы, которые являются очень друг близко к другу – в рамках долей миллиметра друг друга – чьи пути от столкновения появляются из единственного пункта, это вдали от вершины столкновения, но не очень далеко, приблизительно 100-500 микронов», заявил Видебек. Это – расстояние путешествие D0s, прежде чем они распадутся, объяснил он.
Если у каона и пиона есть просто правильная масса и траектории, появляющиеся из такого пункта, ученые могут прийти к заключению, что они произошли из D0 в том пятне – и используйте эти измерения, чтобы отследить появление D0s от всех вокруг QGP.«Точность нашего измерения беспрецедентна», сказал Синь Дун, физик в Berkeley Lab, который привел postdocs и студентов, проводящих анализ физики тяжелых результатов аромата. «Это было чрезвычайно сложно из-за вмешательства от тысяч других частиц, произведенных в тех же самых тяжелых столкновениях иона – немного как выбор иглы из стога сена».Свободные плавные взаимодействия
Результаты – на основе анализа десятков тысяч таких «игл» в 1,1 миллиардах столкновений – были несколько удивительны.Думайте о форме, созданной, когда два сферических золотых иона столкнутся от центра, формирующего продолговатое наложение – что-то как встающий дыбом футбол.
ЗВЕЗДНЫЕ физики нашли больше D0s, появляющийся из выигрышной роли «футбола», чем от его заостренных концов. Этот образец «овального потока» был знаком от измерений более легких частиц, появляющихся из QGP.
Но ядерные физики первоначально не ожидали, что такие тяжелые частицы окажутся в потоке.«D0s созданы в самой первой части столкновения, когда кварк и глюоны свободны», заявил Видебек. «Физики не думали, что у этих частиц тяжелого кварка будет время, чтобы взаимодействовать, или уравновеситься с QGP, который существует для только бесконечно мало небольшой части секунды».
Вместо этого то, что тяжелый кварк показывает тот же самый овальный поток как более легкие частицы, делает доказательства, что они находятся в равновесии, взаимодействующем со свободным кварком и глюонами в QGP.«Тип потока, который мы наблюдали для частиц с тяжелым кварком, предполагает, что их взаимодействия в плазме глюона кварка так сильны, что сам тяжелый кварк становится частью глюона кварка ‘суп’», заявила Dong.Грэзина Одиник, лидер Релятивистской Ядерной Программы Столкновений Berkeley Lab, добавил, «Открытие овального потока очень крупного кварка очарования имеет фундаментальное значение для нашего понимания динамики фазы плазмы глюона кварка. Это открывает широкий диапазон теоретических предположений о природе возможного механизма (или механизмов) позади этого наблюдения».
Физик Brookhaven Lab и ЗВЕЗДНЫЙ докладчик сотрудничества Чжанбу Сюй отметили, что способность отследить поток и распространение тяжелых частиц дает ядерным физикам новый способ «видеть» и изучить взаимодействия свободно движущегося кварка и глюонов и других свойств QGP – несколько аналогичный способу, которым ученые с прошлого века отследили колебания частиц пыли в воде, чтобы узнать о ее свойствах.«Эйнштейн доказал в 1905, что атомы и молекулы существуют, и что мы могли использовать так называемое Броуновское движение частиц пыли измерить свойства жидкости и других фундаментальных констант физики», сказал Сюй. «Теперь мы можем использовать кварк очарования как частицы пыли, чтобы измерить поток и другие свойства QGP».