CERN gyorsító tudomány

ez a médiafrissítés a 2020. május 25-től 30-ig tartó Nagy Hadronütköztető fizikai konferenciához kapcsolódó sorozat része 2020. Az eredetileg Párizsban tervezett konferenciát a COVID-19 járvány miatt teljesen online tartják.

az ALICE, a CMS és az LHCb együttműködése a CERN – ben új méréseket mutat be, amelyek megmutatják, hogy a bűbájos részecskék – a charm kvarkokat tartalmazó részecskék-Hogyan szolgálhatnak “hírvivőként” a kvarkokból és gluonokból álló anyag két formájának: a hadronoknak, amelyek a mai univerzum látható anyagának nagy részét alkotják; és a kvark–gluon plazmának, amelyről azt gondolják, hogy a korai univerzumban létezett, és a nagy Hadronütköztetőben (LHC) nehézionos ütközések során újra létrehozható. A bűvös részecskék tanulmányozásával a fizikusok többet megtudhatnak a hadronokról, amelyekben a kvarkokat gluonok kötik, valamint a kvark-gluon plazmáról, amelyben a kvarkok és gluonok nem korlátozódnak a hadronokba.

a fő eredmények a következők:

az LHCb csapata megszerezte az xc1(3872) néven ismert részecske két tulajdonságának legpontosabb mérését, amely egy charm kvarkot tartalmazó Hadron. A részecskét 2003-ban fedezték fel, és továbbra sem tisztázott, hogy ez egy két kvark hadron, egy egzotikusabb hadron, például egy tetrakvark – négy kvark szorosan összekapcsolt rendszere – vagy két kvark részecskék párja, amelyek gyengén kötődnek egy molekulaszerű szerkezetben. A hadron természetének meghatározása kiterjesztheti a fizikusok megértését arról, hogy a kvarkok hogyan kötődnek hadronokká. “Eredményeink összhangban vannak azzal, hogy az xc1 (3872) két kvark részecske párja lazán kötődik egymáshoz, de ez nem zárja ki teljesen a tetraquark hipotézist vagy más lehetőségeket” – mondta Giovanni Passaleva, az LHCb szóvivője.

a CMS együttműködés először figyelte meg egy másik részecske, az úgynevezett b0s átalakulását vagy “bomlását” ugyanabba az xc1(3872) részecskébe. A kutatók összehasonlították ezt a bomlást a B+ mezon korábban megfigyelt bomlásával, amely az xc1(3872) első kimutatásához vezetett 2003-ban. Mindkét típusú bomlás összekapcsolja ennek a hadronnak a viselkedését az up és a furcsa kvarkokkal. “A bomlási sebességekben mért különbségek érdekesek, és további betekintést nyújthatnak az xc1(3872) természetébe, amelyet még nem sikerült teljesen megállapítani” – mondta Roberto Carlin, a CMS szóvivője.

az ALICE együttműködés a charm kvarkokat tartalmazó hadronok úgynevezett elliptikus áramlását mérte nehézion ütközések során. A hadronok ütközések során jönnek létre, amelyek kvark–gluon plazmát is létrehoznak. A nehéz kvarkokat tartalmazó hadronok, mint a charm kvark, a kvark–gluon plazma kiváló “hírvivői”, vagyis fontos információkat hordoznak róla. “Az ALICE által megfigyelt minta azt jelzi, hogy a nehéz varázsa kvarkokat a kvark–gluon plazma tágulása húzza” – mondja ALICE szóvivője, Luciano Musa.

előretekintve az LHC együttműködések célja, hogy pontosabb méréseket végezzenek a kvark világ ezen hírvivőiről a következő LHC Futtatás adatainak felhasználásával, amelyek nagyrészt továbbfejlesztett kísérleti beállításokból származnak.

olvassa el az alábbiakban az eredmények átfogó leírását.

Charm quark eredmények a hadronokkal kapcsolatban

az LHCb és a CMS együttműködések az xc1(3872) néven ismert hadron tanulmányainak eredményeit írják le. A részecskét 2003-ban fedezték fel a Belle kísérlet Japánban, de továbbra sem tisztázott, hogy ez egy két kvark hadron, egy egzotikusabb hadron, például egy tetrakvark – négy kvark szorosan összekapcsolt rendszere – vagy két kvark részecske párja, amely gyengén kötődik egy molekulaszerű szerkezetben.

az xc1(3872) természetének meghatározása kiterjesztheti a fizikusok megértését arról, hogy a kvarkok hogyan kötődnek hadronokká. A CMS és az LHCb együttműködésének új tanulmányai új megvilágításba helyezik – de még nem fedik fel teljesen – ennek a részecskének a természetét.

kifinomult elemzési technikák és két különböző adatkészlet segítségével az LHCb csapata megszerezte a részecske tömegének eddigi legpontosabb méréseit, és először, több mint öt szórással meghatározta a részecske “szélességét”, amely paraméter meghatározza a részecske élettartamát.

eddig a kutatók csak a paraméter megengedett értékeinek felső határát tudták elérni. Az LHCb kutatói XC1(3872) részecskéket fedeztek fel adatkészleteikben a klasszikus “bump”-vadászati technikával, amely az ütközési események feleslegének (bump) keresését sima háttéren keresztül. Minden adatkészlet a tömeg és a szélesség méréséhez vezetett, és mindkét adatkészlet eredményei megegyeznek egymással.

“eredményeink nem csak a legpontosabbak, hanem azt is mutatják, hogy az xc1(3872) tömege rendkívül közel áll a D0 és D*0 elbűvölt mezonok tömegének összegéhez” – mondta Giovanni Passaleva, az LHCb szóvivője. “Ez összhangban van azzal, hogy az xc1 (3872) két kvark részecske párja lazán kötődik egymáshoz, de nem zárja ki teljesen a tetraquark hipotézist vagy más lehetőségeket.”

eközben egy három év alatt rögzített nagy adathalmazt elemezve a CMS együttműködés első alkalommal figyelte meg a B0s részecske átalakulását vagy “bomlását” xc1-vé(3872) és egy mérföldkő mezonná. Ez a két kvark részecske, a B0s, a B+ mezon rokona, amelynek bomlásában A Belle kísérlet először észlelte az xc1-et(3872). Az LHCb csapatához hasonlóan a CMS csapata is észlelte az xc1-et(3872) a bump technikával.

“eredményünk azért különösen érdekes, mert azt találtuk, hogy a b0s bomlási sebessége a hadron xc1-re(3872) és a ons mezonra hasonló a B0-hoz xc1-re(3872) és egy anti-K0-mezonra, míg ez körülbelül kétszer olyan alacsony, mint a korábban megfigyelt B+ bomlásnál xc1-re(3872) és a K+ mezonra” – mondta Roberto Carlin, a CMS szóvivője. “Ezekben a bomlásokban a különböző kvarkok, az alsó kvark kivételével, szerepet játszanak” – magyarázza Carlin. “Az a tény, hogy a bomlási sebességek nem követnek nyilvánvaló mintát, rávilágíthat az xc1(3872) természetére.”

Charm quark eredmények a kvark–gluon plazmához kapcsolódóan

a kvark-kötő spektrum másik végén az ALICE együttműködés mérte a charm quarkot tartalmazó hadronok úgynevezett elliptikus áramlását, vagy egy könnyű kvarkhoz kötve (d mezont alkotva), vagy egy anticharm-hoz (J/ons mezont alkotva) nehézion ütközések során. A nehéz kvarkokat, báját vagy alját tartalmazó hadronok kiváló hírvivői a kvark–gluon plazmának, amely ezekben az ütközésekben alakult ki. Ezek az ütközések kezdeti szakaszában, a plazma megjelenése előtt keletkeznek, és így kölcsönhatásba lépnek a plazma összetevőivel a teljes evolúció során, a gyors terjeszkedéstől a lehűlésig és a hadronokká történő átalakulásig.

amikor a nehéz atommagok nem ütköznek fejjel lefelé, a plazma megnyúlik, és tágulása a hadronok lendületeloszlásának vagy áramlásának domináns elliptikus modulációjához vezet. Az ALICE csapata megállapította, hogy alacsony lendület mellett a D-mezonok elliptikus áramlása nem olyan nagy, mint a pionoké, amelyek csak könnyű kvarkokat tartalmaznak, míg a J/MHz-es mezonok elliptikus áramlása alacsonyabb, mint mindkettőnél, de egyértelműen megfigyelhető.

“ez a minta azt jelzi, hogy a nehéz charm kvarkokat a kvark–gluon plazma expanziója húzza” – mondja Luciano Musa, ALICE szóvivője -, de valószínűleg kisebb mértékben, mint a könnyű kvarkok, és hogy mind a D, mind a J/ons mezonok alacsony lendülettel részben az áramló kvarkok kötése vagy rekombinációja révén jönnek létre.”

az ALICE csapat által végzett másik mérés – az alsó kvarkot tartalmazó B hadronok bomlásából származó elektronok áramlásáról-azt jelzi, hogy az alsó kvarkok érzékenyek a kvark–gluon plazma hosszúkás alakjára is. Az upszilon részecskék, amelyek egy fenékkvarkból és antikvarkjából állnak, szemben a báj és anticharmokkal, mint például a J/kb, nem mutatnak jelentős áramlást, valószínűleg sokkal nagyobb tömegük és a rekombinációra rendelkezésre álló alsó kvarkok kis száma miatt.

További információ a CMS és LHCb weboldalakon:

• https://cms.cern/news/discreet-charm-x3872
• https://lhcb-public.web.cern.ch/ Isten hozott.html # X(3872)2020

eredeti dokumentumok:

• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.14518
• CMS: https://arxiv.org/abs/2005.04764
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13422
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13419