CERN-Physiker untersuchen starke Wechselwirkungen zwischen Omega-Hyperonen und Protonen
Physiker aus der ALICE-Kollaboration (Large Ion Collider Experiment) am Large Hadron Collider (LHC) am CERN haben eine neue Technik entwickelt, die die Tür für hochgenaue Studien zur Dynamik starker Wechselwirkungen zwischen instabilen Hadronen öffnet.
Hadronen sind zusammengesetzte Teilchen, die aus zwei oder drei Quarks bestehen, die durch starke Wechselwirkungen, die von Gluonen erzeugt werden, miteinander verbunden sind.
Diese Wechselwirkung wirkt auch zwischen Hadronen, die Nukleonen (Protonen und Neutronen) innerhalb von Atomkernen miteinander verbinden.
Eine der größten Herausforderungen in der heutigen Kernphysik besteht darin, die starken Wechselwirkungen zwischen Hadronen mit unterschiedlichen Quarkhäufigkeiten anhand der ersten Prinzipien zu verstehen, dh beginnend mit der starken Wechselwirkung zwischen den Quarks, aus denen die Hadronen und die Gluonen bestehen.
Berechnungen, die als Gitterquantenchromodynamik (QCD) bekannt sind, können verwendet werden, um Wechselwirkungen nach ersten Prinzipien zu bestimmen. Diese Berechnungen liefern jedoch zuverlässige Vorhersagen nur für Hadronen, die schwere Quarks enthalten, wie z. B. Hyperonen, die ein oder mehrere seltsame Quarks aufweisen.
In der Vergangenheit wurden diese Wechselwirkungen durch Kollision von Hadronen in Streuexperimenten untersucht, aber diese Experimente sind mit instabilen Hadronen wie Hyperonen schwierig durchzuführen.
Bisher ermöglichte diese Schwierigkeit keinen aussagekräftigen Vergleich der Messungen und der Theorie der Hadron-Hadron-Wechselwirkungen mit Hyperonen.
Physiker aus der ALICE-Kollaboration zeigen, wie eine Methode, die auf der Messung des Impulsunterschieds zwischen Hadronen basiert, die bei Proton-Proton-Kollisionen am LHC erzeugt werden, verwendet werden kann, um die Dynamik starker Wechselwirkungen zwischen Hyperonen und Nukleonen aufzuzeigen, möglicherweise für jedes Hadronenpaar.
Diese Methode wird als Femtoskopie bezeichnet, da Sie damit räumliche Skalen in der Nähe von 1 Femtometer (10-15 m, ein Billiarden Teil eines Meters), ungefähr der Größe eines Hadrons und dem räumlichen Bereich einer starken Kraft untersuchen können.
Mit dieser Methode konnten ALICE-Forscher zuvor Wechselwirkungen mit Lambda (Λ) - und Sigma (Σ) -Hyperonen untersuchen, die einen seltsamen Quark plus zwei leichte Quarks und ein Xi (Ξ) -Hyperon enthalten, der aus zwei seltsamen Quarks plus einem leichten Quark besteht.
In einer neuen Studie verwendeten sie diese Technik, um die Wechselwirkungen zwischen einem Proton und dem seltensten Hyperon, dem Omega (Ω) -Hyperon, das drei seltsame Quarks enthält, mit hoher Präzision zu erfassen.
Die genaue Definition der starken Wechselwirkung für alle Arten von Hyperonen war unerwartet, sagen Wissenschaftler.
Dies kann auf drei Faktoren zurückgeführt werden: die Tatsache, dass der LHC Hadronen mit seltsamen Quarks im Überfluss produzieren kann, die Fähigkeit von Femtoskopietechniken, die Kurzstreckencharakteristik starker Wechselwirkungen zu untersuchen, und die überlegenen Fähigkeiten des ALICE-Detektors, Partikel zu identifizieren und ihre Impulse zu messen.
Daten von den nächsten LHC-Starts sollten uns Zugang zu jedem Hadronenpaar geben.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.