Расшифровка загадок ранней Вселенной: протонный резонанс открывает новые перспективы

к Тацуя Накамура
0 комментарий
Proton Resonance

Физические исследования середины 20-го века открыли явление протонного резонанса, однако полное понимание трехмерной архитектуры резонирующих протонов остается неуловимым. Последние эксперименты, проведенные в лаборатории Джефферсона, предоставили ценные данные о ранней Вселенной и таких элементарных частицах, как нуклоны, состоящие из кварков и глюонов.

Недавние исследования проливают свет на трехмерные конфигурации нуклонных резонансов.

В середине 20-го века научные исследования показали, что протоны могут резонировать, подобно тому, как вибрирует колокол. В последующие десятилетия достижения привели к созданию трехмерных изображений протонов, что существенно расширило наше понимание их структуры в основном состоянии. Тем не менее, информации о трехмерной организации резонирующего протона до сих пор недостаточно.

Новые эксперименты, проведенные в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона Министерства энергетики США, позволили дополнительно изучить трехмерную геометрию как протонных, так и нейтронных резонансов. Это исследование добавляет еще один элемент к сложному пониманию бурной развивающейся Вселенной, существующей вскоре после Большого взрыва.

Изучение внутренних качеств и поведения нуклонов дает важные открытия о фундаментальных компонентах материи. Нуклоны — это протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра. Каждый нуклон состоит из трех кварков, тесно связанных глюонами посредством сильного взаимодействия — самого мощного взаимодействия в природе.

Наиболее стабильная низкоэнергетическая конфигурация нуклона называется его основным состоянием. Однако, когда его принудительно переводят в состояние с более высокой энергией, его кварки совершают вращательные и колебательные движения, демонстрируя явление, называемое нуклонным резонансом.

Исследовательская группа, состоящая из физиков из Университета Юстуса Либиха (JLU) Гиссена в Германии и Университета Коннектикута, возглавила усилия коллаборации CLAS по проведению эксперимента по изучению этих нуклонных резонансов. Эксперимент проводился в современном Ускорителе непрерывного электронного пучка (CEBAF) Лаборатории Джефферсона, пользовательском центре Управления науки Министерства энергетики США, поддерживающем исследовательские усилия более 1800 физиков-ядерщиков по всему миру. Результаты исследования были недавно опубликованы в уважаемом рецензируемом журнале Physical Review Letters.

Стефан Диль, руководитель анализа, отметил, что исследования группы проясняют фундаментальные свойства нуклонных резонансов. Диль, научный сотрудник и руководитель проекта во 2-м физическом институте JLU Giessen и профессор-исследователь в Университете Коннектикута, также отметил, что эта работа стимулирует новые исследования трехмерной структуры резонирующих протонов и процесса их возбуждения.

«Это первый случай, когда измерение или наблюдение чувствительно к трехмерным свойствам такого возбужденного состояния», — заявил Диль. «По сути, это только начальный этап, и это измерение открывает новую область исследований».

Загадка формирования материи

Эксперимент проходил в экспериментальном зале B в период с 2018 по 2019 год с использованием детектора CLAS12 лаборатории Джефферсона. Высокоскоростной электронный пучок направлялся в камеру, наполненную охлажденным газообразным водородом. Электроны столкнулись с протонами камеры, тем самым возбуждая кварки и вызывая нуклонный резонанс в сочетании с кварк-антикварковым состоянием, известным как мезон.

Хотя эти возбуждения и преходящи, они оставляют после себя следы в виде новых частиц, возникающих в результате диссипации энергии возбужденных частиц. Эти новые частицы имеют достаточно длительный срок жизни, чтобы их можно было обнаружить, что позволяет команде восстановить резонанс.

Диль и его коллеги недавно представили свои результаты на совместном семинаре под названием «Изучение резонансной структуры с переходными GPD» в Тренто, Италия. Исследование уже побудило две теоретические группы опубликовать статьи, в которых обсуждаются исследования.

Будущие эксперименты планируются в лаборатории Джефферсона с использованием различных мишеней и поляризаций. Диспергируя электроны из поляризованных протонов, команда стремится исследовать различные аспекты механизма рассеяния. Более того, изучение подобных процессов, таких как генерация резонанса вместе с энергичным фотоном, может дать дополнительные важные данные.

Диль отметил, что такие исследования могут помочь ученым определить свойства космоса вскоре после Большого взрыва. «Изначально ранняя Вселенная содержала только высокоэнергетическую плазму кварков и глюонов, находящихся во вращении из-за огромной энергии», — объяснил Диль. «В конце концов, материя начала объединяться, и первыми образовавшимися сущностями были возбужденные состояния нуклонов. Поскольку Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, нуклоны в основном состоянии становились стабильными».

«Благодаря этим исследовательским усилиям мы можем получить представление о характеристиках этих резонансов, которые, в свою очередь, могут раскрыть, как материя возникла во Вселенной и почему Вселенная сохраняется в своем нынешнем состоянии».

Ссылка: «Первое измерение жесткой исключительной π-Δ++ электропроизводственной асимметрии спина пучка протона», С. Диль и др. (Сотрудничество CLAS), опубликовано 11 июля 2023 г. в журнале Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.021901.

Штефан Диль, уроженец Лиха, Германия, занимался физикой, чтобы постичь явления природы и сущность мира. Он получил степени бакалавра, магистра и доктора в JLU Giessen, участвует в многочисленных совместных проектах, таких как CLAS, PANDA, ePIC и COMPASS, а также является соавтором более 70 рецензируемых статей.

Исследовательский проект получил финансирование от Министерства энергетики США.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о протонном резонансе

Какова основная цель недавних экспериментов в лаборатории Джефферсона?

Основная цель недавних экспериментов в лаборатории Джефферсона — исследование трехмерных структур резонирующих протонов и нейтронных резонансов. Это исследование способствует более широкому пониманию ранней Вселенной и фундаментальных частиц, таких как нуклоны, которые состоят из кварков и глюонов.

Кто проводил исследование и где оно было опубликовано?

Исследование возглавила группа физиков из Университета Юстуса Либиха (JLU) Гиссена в Германии и Университета Коннектикута. Они возглавили усилия коллаборации CLAS по проведению этого эксперимента. Результаты были недавно опубликованы в престижном рецензируемом журнале Physical Review Letters.

Что такое нуклонные резонансы?

Нуклонные резонансы — это состояния нуклонов (протонов и нейтронов) с более высокой энергией, при которых кварки внутри нуклонов колеблются и вращаются друг против друга. Это явление важно для понимания основных строительных блоков материи.

В чем важность понимания трехмерной структуры резонирующего протона?

Всестороннее понимание трехмерной структуры резонирующего протона могло бы дать ценную информацию о ранней Вселенной и фундаментальных частицах, составляющих материю. Это имеет решающее значение для развития физики элементарных частиц и более глубокого понимания происхождения космоса.

Какие дальнейшие исследования планируются в этой области?

Команда планирует провести дополнительные эксперименты в лаборатории Джефферсона с использованием различных мишеней и поляризаций для исследования различных аспектов процесса рассеяния. Они также стремятся изучить подобные процессы, такие как генерация резонанса в сочетании с энергичным фотоном, чтобы получить дополнительную важную информацию.

Каковы более широкие последствия этого исследования для нашего понимания Вселенной?

Исследование помогает расшифровать свойства раннего космоса вскоре после Большого взрыва. Понимая характеристики этих резонансов, ученые могут получить представление о том, как во Вселенной образовалась материя и почему Вселенная существует в своем нынешнем состоянии.

Кто финансировал исследование?

Исследовательский проект получил финансирование от Министерства энергетики США.

Какой новый вклад внесло это исследование?

Это исследование представляет собой первый случай, когда измерение или наблюдение оказалось чувствительным к трехмерным свойствам нуклонных резонансов в возбужденном состоянии, тем самым открывая новую область исследований в физике элементарных частиц.

Подробнее о протонном резонансе

Вам также может понравиться

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский