Physiker haben erstmals mysteriöse X-Teilchen in einer „Ursuppe“ entdeckt

Ein mysteriöses Partikel, von dem angenommen wird, dass es noch eine Weile danach existiert hat die große Explosion Nun wurde es erstmals in „Ursuppe“ entdeckt.

Insbesondere in einem Medium namens Quark-Gluon-Plasma wird es am Large Hadron Collider durch Kollisionen von Bleiionen erzeugt. Dort, inmitten der Billionen von Teilchen, die bei diesen Kollisionen entstehen, ist es Physikern gelungen, 100 seltsame Insekten abzuleiten, die als X-Teilchen bekannt sind.

„Das ist erst der Anfang der Geschichte“, sagt die Physikerin Yen-Jie Lee Vom Massachusetts Institute of Technology, einem internationalen Mitglied CMS-Kooperation Es hat seinen Hauptsitz im CERN in der Schweiz.

„Wir haben gezeigt, dass wir ein Signal finden können. In den nächsten Jahren wollen wir mithilfe von Quark-Gluon-Plasmen die innere Struktur von Teilchen X untersuchen, was unsere Vorstellung davon, welche Art von Materie das Universum produzieren sollte, verändern könnte.“ „

Augenblicke nach dem Urknall bestand das frühe Universum nicht aus denselben Dingen, die wir heute schweben sehen. Stattdessen wurde es für einige Millionstel Sekunden mit einem auf Billionen Grad überhitzten Plasma gefüllt, das aus Elementarteilchen namens Quarks und Gluonen besteht. Dies ist ein Quark-Gluon-Plasma.

In kürzerer Zeit als zum Blinken benötigt, kühlt das Plasma ab und verklumpt die Teilchen, um die Protonen und Neutronen zu bilden, aus denen heute gewöhnliche Materie besteht. Doch in dieser sehr kurzen Zeit kollidieren die Teilchen im Quark-Gluon-Plasma, kleben zusammen und zerfallen dann wieder in verschiedene Konfigurationen.

Eine solche Konfiguration ist ein sehr mysteriöses Teilchen, und wir wissen nicht einmal, wie es zusammengesetzt ist. Das ist Teilchen X, und es wurde zu selten und kurz in Teilchenbeschleunigern gesehen – zu kurz, um untersucht zu werden.

Theoretisch könnten X-Teilchen in winzigen Blitzen aus Quark-Gluon-Plasma erscheinen, die Physiker seit einigen Jahren in Teilchenbeschleunigern erzeugen. Dies kann eine bessere Chance bieten, sie zu verstehen.

Während des Betriebs des Large Hadron Collider im Jahr 2018 kollidierten positiv geladene Bleiatome mit hoher Geschwindigkeit miteinander. Jede dieser 13 Milliarden Kollisionen erzeugte ein Sperrfeuer aus Zehntausenden von Partikeln. Dies ist eine riesige Datenmenge, die untersucht werden muss.

„Theoretisch gibt es im Plasma so viele Quarks und Gluonen, dass die Produktion von X-Teilchen optimiert werden müsste“, Sag mir. „Aber die Leute dachten, es wäre sehr schwierig, danach zu suchen, weil in dieser Quarksuppe viele andere Partikel entstehen.“

Obwohl X-Teilchen sehr kurzlebig sind, erzeugen sie beim Zerfall einen Schauer von Teilchen geringerer Masse. Um den Datenanalyseprozess zu vereinfachen, entwickelte das Team einen Algorithmus zur Erkennung charakteristischer Muster des X-Partikel-Zerfalls und speiste dann die LHC-Daten von 2018 in seine Software ein.

Der Algorithmus identifizierte ein Signal an einem bestimmten Block, dass etwa 100 X Partikel in den Daten vorhanden waren. Dies ist ein ausgezeichneter Anfang.

„Es ist fast unglaublich, dass wir diese 100 Partikel aus diesem riesigen Datensatz ausschließen können“, Er sagte mir.

An diesem Punkt reichen die Daten nicht aus, um mehr über die Struktur von Teilchen X zu erfahren, aber die Entdeckung könnte uns näher bringen. Jetzt, da wir wissen, wie man die Signatur von Partikel X findet, sollte es viel einfacher sein, sie in zukünftige Datensätze zu subtrahieren. Je mehr Daten wir dagegen haben, desto einfacher ist es zu verstehen.

Protonen und Neutronen bestehen aus drei Quarks. Physiker glauben, dass X-Teilchen aus vier Teilchen bestehen könnten – entweder aus einem seltsamen, fest gebundenen Teilchen, das als Tetraquark bekannt ist, oder aus einer neuen Art loser Teilchen aus Mesonen, die jeweils ein Quark enthalten. Wenn es ersteres ist, zersetzt es sich langsamer als letzteres, weil es kompakter ist.

„Derzeit sind unsere Daten mit beiden Szenarien kompatibel, da wir noch nicht genügend Statistiken haben. In den nächsten Jahren werden wir weitere Daten erheben, um diese beiden Szenarien trennen zu können.“ Sag mir.

„Dies wird unseren Blick auf die Arten von Teilchen erweitern, die im frühen Universum in Hülle und Fülle produziert wurden.“

Die Suche wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Überprüfung.

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