1 분마다 수십억 번, LHC (Large Hadron Collider)는 양성자를 함께 부수어 더 많은 양성자, 중성자 및 핵 입자의 친숙한 사촌으로 결정화되는 에너지의 소용돌이를 풀어줍니다. 일부 입자는 장면을 피할 때 서로 만난다. 다음에 일어날 일 - 주어진 쌍이 함께 잡아 당기거나 분리하든 - 물리학 자들은 일반적으로 말할 수 없습니다.
이론가들은 양성자와 중성자 내부의 입자가 50 년 전에 어떻게 행동하는지 설명했다. 그러나 Quarks로 알려진이 입자들은 결코 혼자 나타나지 않으며, 강한 힘의 힘에 대한 어려운 이론-강한 힘은 실제로 우리 몸을 구성하고 입자 충돌기에 나타나는 물체 인 쿼크 그룹의 행동을 예측하지 못합니다.
.뮌헨의 기술 대학의 물리학자인 Laura Fabbietti는“이것은 원한다면 핵 물리학의 국경입니다.
수십 년 동안 일한 후, 여러 쿼크로 만든“Hadrons”를 감시하는 강력한 방법이 마침내 성숙 해지고 있습니다. 슈퍼 컴퓨터는 이제 특정 디지털 하드론 사이의 힘을 계산할 수 있습니다. LHC의 연구자들은 여성이 강한 힘에 의해 유발 된 맹렬한 hadrons 사이의 진전을 직접 감지 할 수있는 여성 학사로 알려진 새로운 방법을 개척하고 있습니다. 이 연구는 자연에서 가장 불가피한 힘의 새로운 측면을 보여주고 있습니다.
“갑자기, 우리는 처음으로 강력한 상호 작용을 테스트 할 수 있습니다.
수수께끼 핵
원자의 핵심은 Enrico Fermi와 Werner Heisenberg를 포함한 현장의 지도자들이 몇 가지 기괴한 관찰을 조정하기 위해 고군분투했을 때 1930 년대부터 물리학 자에게 도전했습니다. 하나는 핵이 존재했다는 사실이었습니다. 두 개의 양성자가 몇 펨토 미터 (백만 분의 1 백만 분의 1 백만 분의 1 백만)를 함께 묶는 헬륨 핵을 가져갑니다. 그 거리에서 두 가지 긍정적 인 전하는 20 파운드의 힘으로 핵을 분리해야합니다. 그러나 안정적인 헬륨 원자가 풍부하다. 전자기는 원자를 제어하지만 핵은 다른 규칙에 의해 재생되는 것 같습니다.
비교적 알려지지 않은 일본 물리학자인 Hideki Yukawa는 1935 년 핵 퍼즐의 주요 조각에 부딪쳤다.
어떤 강력한 힘이 핵을 함께 붙잡고 있다면, 그것은 이상한 것이었다. 질량이없는 광자는 전자기력을 멀리 넓게 전달하지만 양성자와 중성자는 밀접하게 접촉해야합니다. 유카와의 주요 통찰력은이 단거리 범위가 새로운 힘의 입자가 이동성을 제한하는 질량을 가지고 있다는 것입니다. 그는 전자의 무늬가 200 배가되어야한다고 계산했다. 물리학 자들은 1947 년 우주 광선에서 Pi Meson 또는“Pion”을 발견했으며, 유카와가 예측 한 것보다 3 분의 1의 질량이 있습니다. 그의 노벨상은 2 년 후에 나왔습니다.
일본 리켄 연구소 (Riken Institute)의 핵 물리학 자이자 프로그램 책임자 인 테츠오 하츠다 (Tetsuo Hatsuda)는“그는 새로운 입자의 존재를 예측 한 최초의 사람이었습니다. “이것은 입자 물리학의 탄생이었습니다.”
Pion은 새로운 입자의 첫 번째 대홍수를 증명했습니다. 이 성장하는 Menagerie의 패턴으로 인해 이론가들은 쿼크가 6 가지 품종으로 나오고 너무 단단히 묶어 항상 그룹으로 존재한다고 결론을 내 렸습니다. 오늘날 물리학 자들은 300 개 이상의 고유 한 해드론을 알고 있습니다.
이론가들은 1970 년대에 강력한 힘이 Quantum Chromodynamics 또는 QCD로 알려진 이론 인 Quarks를 어떻게 지배하는지 알아 냈습니다. 그러나 실망스럽게도 모든 답을 제공하는 것은 아닙니다.
QCD는 Quarks가 탄성 밴드의 장력과 같이 거리로 자라는 강도로 힘을 발휘하는 "글루온"을 교환하는 것으로 묘사합니다. 입자 충돌기에서와 같이 입자가 함께 슬램 할 때, 쿼크는 너무 가까워서 탄성이 느슨해집니다. 이러한 상황에서 QCD는 잘 작동합니다. 그러나 평범한 상황에서는 탄성이 뻗어 나오며 QCD의 수학이 무너집니다. 이 제한은 Hadrons의 실제 행동을 미스터리로 만듭니다.
도쿄 대도시 대학의 물리학자인 Tetsuo Hyodo는“이것은 기본 입자 물리학의 표준 모델에서 유일하게 [변질 할 수없는] 작품입니다.
Hadron High Jinks
해결 가능한 이론이 없더라도 물리학 자들이 입자의 비밀 행위를 깨뜨리는 데 점점 더 많은 기술이 점점 더 도움이되고 있습니다.
첫 번째는 문제를 슈퍼 컴퓨터에게 아웃소싱하는 것입니다. 연구원들은 다음과 같이 디지털 실험실을 설정합니다. 공간을 그리드로 나누고 시간을 일련의 개별 순간으로 나눕니다. 그들은 그리드 라인이 교차하는 곳에 쿼크를 붙잡고 그 사이의 링크에 글루온을 붙입니다. 그런 다음 부드러운 공간과 시간에 불가능한 방식으로 프레임별로 발생하는 일을 계산합니다.
2007 년 Hatsuda의 연구 그룹은이 "격자 QCD"접근 방식을 사용하여 유카와와 같은 지점이 아닌 쿼크와 글루온의 더 현실적인 구름으로 양성자 또는 중성자 쌍을 시뮬레이션했습니다. 그들은 양성자 또는 중성자가 약 하나의 양성자 너비 떨어져있을 때, 마치 파이온을 교환하여 마치 매력적이라고 확인했다. Hatsuda는“어떤 의미에서 유카와는 QCD를 기준으로 확인되었습니다. 이 그룹은 또한 유카와의 이론을 넘어서 입자가 더 가까워 질 때 매력이 반발로 바뀌 었다는 것을 증명했습니다.
최근에 팀은 양성자 또는 중성자 (더 가벼운“up”과“down”quarks를 포함 함)와 3 개의 무거운 "이상한"쿼크로 만든 "오메가"Hadron 사이의 가상 만남을 휘젓고 있습니다. 그들은 2019 년에 한 쌍의 Hadrons가 서로 가까이에서 멀리 떨어져 있다는 것을 발견했습니다. 그리고 2020 년에 협업은 한 쌍의“람다”(쿼크, 다운 쿼크 및 무거운 쿼크)이 약하게 매력적이라고 계산했다. 이 결과는 플래시에서 부패하는 경향이 얼마나 무거운 하드론이 서로 영향을 미치는지에 대한 첫 번째 힌트를 나타냅니다.
동시에 LHC 연구원들은 Alice 실험을 활용하여 실제 Hadrons를 추적하기 시작했습니다. 양성자 충돌은 하드론의 버스트를 생성하며, 그 중 다수는 다른 입자로 붕괴됩니다. 앨리스 연구자들은이 잔해를 선택하여 원하는 하드론 페어링의 징후를 찾습니다. 그들은 비슷한 길을 따라 함께 이동 한 Hadron 커플을 다른 방향으로 간다. 목표는 근처의 Hadrons가 서로를 어떻게 끌어들이거나 격퇴 할 수 있는지에 대한 징후를 발견하는 것입니다. 이 기술은 단일 펨토미터만큼 작은 hadronic 트 위치를 감지 할 수 있습니다.
Alice 협업 내에서 Femtoscopy Group을 이끌고있는 Fabbietti는“아름다움은이 기술을 매우 희귀하고 불안정한 하드론에 적용 할 수 있다는 것입니다. "일반적으로 두 입자가 서로 대화하고 그들이 말하는 것을 볼 수있는 다른 기회는 없습니다."
.이 협력은 자연 에서의 여성용 방법을 자세히 설명했습니다 지난 10 월 2020 년, 그들은 양성자와 피 메손 (이상한 쿼크와 골동품으로 구성된) 사이의 크게 알려지지 않은 상호 작용의 측정을 발표했습니다. 실험 주의자들은 일반적으로 데이터를 해석하기 위해 격자 QCD의 이론적 데이터에 의존하지만 Phi Mesons에 대한 작업은 거의 수행되지 않았기 때문에 유카와의 1935 년 이론으로 돌아 가야했습니다.
.데이터 분석을 이끌었던 대학원생 인 Emma Chizzali는“양성자 -PHI의 경우 아무것도 없었습니다.
서로 가까이 온 양성자와 피 메손은 매력적인 것처럼 보였고, 앨리스 협력은 약 10 만 쌍에서 마무리되었습니다. 그러나 매력은 양성자와 중성자 사이의 10 분의 1에 불과했습니다.
하츠다는 실험이“매우 흥미 롭다”고 말했다. 그의 팀은 현재 Lattice QCD로 결과를 확인하고 있습니다.
LHC에서 중성자 별까지LHC에서 이상한 쿼크가 포함 된 Hadrons는 중성자 별의 장기 거주자로 존재할 수 있지만, 엄청난 압력이“Hyperons”로 알려진 이상한 양성자 변형을 안정화시킬 수 있습니다. 이 하이퍼 슨은 Pions 대신 Phi Mesons를 교환 할 것이며, 일부 이론가들은 죽은 별을 뻣뻣하게 할 수 있다고 제안했습니다. 그러나 Alice의 결과는 이상한 상호 작용이 너무 연약하다는 것을 암시합니다.
Fabbietti는“중성자 별 안에 과도한 사람이 있다면 그들의 상호 작용은 완전히 무시 될 수있다”고 말했다.
Hyodo는 2- 쿼크 입자가 함께 붙어있는 포괄적 인 지식이 또 다른 미스터리를 설명 할 수 있기를 희망합니다. 물리학 자들은 수백 개의 쿼크 듀오와 트리오를 카탈로그했지만 소수의 Tetraquarks와 Pentaquarks.
이를 위해 Alice는 2016 년에서 2018 년 사이에 발생한 10 억 명 정도의 충돌을 일으켰습니다. 그러나 올 봄부터 LHC로의 업그레이드를 통해 데이터를 100 배 더 빨리 가져갈 수 있습니다. 향후 10 년 동안 Fabbietti는 더 무거운 쿼크를 포함하는 더 희귀 한 Hadrons의 혼합을 측정 할 것으로 예상합니다.
그녀는“우리는이 퍼즐을 만들고있다”고 말했다.
