'Charming' Heavy Particle Ontdekt Bij 'S Werelds Grootste Atom Smasher

{h1}

's werelds grootste atom-smasher heeft een zwaar deeltje ontdekt dat bekend staat als de xi-cc die theoretische natuurkundigen al decennia voorspellen.

'S Werelds grootste atom-smasher heeft een nieuw soort deeltje onthuld, en tot nu toe leidt het een gecharmeerd bestaan.

De ontdekking van het deeltje, dat bestaat uit twee zogenaamde charm-quarks, valideert de voorspellingen van het standaardmodel, het huidige heersende model van deeltjesfysica.

Het nieuwe deeltje werd ontdekt in de Large Hadron Collider (LHC), een 16 mijl lange (27 kilometer) ondergrondse ring in de buurt van Genève, Zwitserland, waar protonen dichtbij bijna-snelheid inzoomen voordat ze tegen elkaar botsen. Toen de protonen in een recent experiment uiteenvielen, kwam het nieuwe deeltje, Xi-cc-plus-plus (de "Xi" wordt uitgesproken als "ksi"), tevoorschijn. [Foto's: 's werelds grootste Atom Smasher]

Nieuw lid van de particle zoo

De Xi voegt zich bij een menagerie van andere deeltjes die de wereld van de zeer kleine vormen. De Xi is een baryon, wat een deeltje betekent dat bestaat uit drie nog kleinere deeltjes die quarks worden genoemd. De beroemdste baryonen zijn protonen en neutronen, die de alledaagse materie vormen. Quarks zijn ondertussen in zes variëteiten ("smaken" genoemd) en door het combineren en combineren van verschillende smaken en aantallen quarks, produceert de natuur baryons met verschillende massa's en ladingen. De quark-smaken zijn: op, neer, boven, onder, charme en vreemd.

Het nieuw ontdekte Xi-deeltje is een zwaargewicht. Het bestaat uit twee charm-quarks en een up-quark en weegt 3,621 miljoen elektronvolt (MeV), volgens een verklaring van CERN, de Europese organisatie voor nucleair onderzoek, die de LHC runt. Ter vergelijking: een proton, gemaakt van twee up-quarks en een down-quark, weegt 938 MeV. (Omdat massa kan worden omgezet in energie met behulp van Albert Einstein's E = mc ^ 2, worden deeltjesmassa's gemeten in elektronvolt, wat is hoeveel energie hun massa vertegenwoordigt.)

Het nieuwe, exotische deeltje werd niet direct gezien bij de LHC, omdat het maar een fractie van een seconde meegaat. In dit geval identificeerden onderzoekers de Xi-cc door zijn vervalproducten. De Xi vervalt in een deeltje genaamd de lambda baryon en drie lichtere deeltjes, de K- (of kaon) en twee pionen. [Infographic: de kleinste deeltjes van de natuur ontleed]

Lang gezochte deeltje eindelijk gevonden

Natuurkundigen voorspelden eerder het bestaan ​​van de Xi-cc, maar het was niet duidelijk wat de massa van het deeltje zou zijn; niemand wist of de theoretische voorspellingen juist waren.

Toen het gebeurde, hadden de theorieën gelijk - de massa was wat het moest zijn. "Als er anomalieën, niet-in kaart gebrachte interacties tussen de quarks zouden zijn, zouden ze kunnen verschijnen als de massa's af zijn van voorspellingen," zei Jonathan Rosner, emeritus hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Chicago, die in 2014 een theoretische mis voor de Xi schetste.

De massa van de Xi bleek ongeveer 3.621 MeV te zijn. Rosner's studie kreeg een figuur die vrij dichtbij was: 3.627 MeV.

Een eerder experiment bij Fermilab, de Segmented Large X Baryon Spectrometer (SELEX) genaamd, bleek in 2002 de Xi te vinden, maar Rosner merkte op dat de massaraming te laag leek.

"Ze hebben een massa van 100 MeV lager dan redelijke voorspellingen," vertelde Rosner WordsSideKick.com.

Als de LHC zo'n lage massa had gevonden, zou het hebben aangetoond dat er iets mis was in het standaardmodel, zei Rosner. Maar dat gebeurde niet; de Xi gedroeg zich zoals Rosner voorspelde, en het Standaard Model heeft nog een ander experiment overleefd.

Gecharmeerd bestaan

De ontdekking toonde ook aan dat baryons met twee zware quarks echt bestaan, iets wat natuurkundigen tot nu toe niet zeker konden zeggen, ook al zeiden de theorieën dat ze dat volgens CERN allemaal zouden moeten. Eerdere experimenten hadden veel deeltjes opgeleverd met één zware quark, maar nooit twee. Baryons zoals de Xi die twee charm-quarks hebben, worden "dubbel gecharmeerd" genoemd.

Een ander raar ding over de Xi, vergeleken met zijn meer gewone neven en nichten, is dat de massieve charm-quarks de lichtgewicht-up-quark "in een baan om" laten zitten met zijn zwaardere neven. (Strikt genomen is dit niet helemaal hoe dingen werken, omdat quarks quantummechanische objecten zijn, dus ze hebben geen posities zoals bowlingballen, maar gedragen zich eerder meer als golven). In een proton lijken de quark-massa's meer op elkaar, dus ze bewegen elkaar op een andere manier.

"In tegenstelling tot andere baryons, waarin de drie quarks een uitgebreide dans om elkaar heen uitvoeren, wordt verwacht dat een dubbel zwaar baryon zich gedraagt ​​als een planetair systeem, waarbij de twee zware quarks de rol spelen van zware sterren in een baan om elkaar heen, met de lichtere quark die rond dit binaire systeem draait, "zei Guy Wilkinson, voormalig woordvoerder van een LHC-experiment genaamd LHCb, in een verklaring.

De bevindingen kunnen nieuwe inzichten opleveren over de sterke interactie, de kracht die deeltjes aan elkaar bindt, aldus onderzoekers.

"Het vinden van een dubbelzwarte quarkbaryon is van groot belang omdat het een uniek hulpmiddel zal zijn om de kwantumchromodynamica verder te onderzoeken, de theorie die de sterke interactie beschrijft, een van de vier fundamentele krachten," Giovanni Passaleva, woordvoerder van de LHCb-samenwerking, zei in een verklaring. "Dergelijke deeltjes zullen ons dus helpen de voorspellende kracht van onze theorieën te verbeteren."

Het onderzoek met de resultaten is ingediend bij het tijdschrift Physical Review Letters.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Op zoek naar de kern - Deel 1: De deeltjesversneller van CERN.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com