एकल आकर्षण क्वार्क के द्रव्यमान का प्रत्यक्ष पता लगाना

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) में एलिस टीम ने मृत-शंकु प्रभाव की पहली प्रत्यक्ष पहचान हासिल की है, जो मजबूत बल सिद्धांत की एक प्रमुख विशेषता है जो क्वार्क और ग्लून्स को प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और अंततः सभी परमाणु नाभिक में बांधती है। खोज, जिसे में प्रकाशित एक अध्ययन में विस्तृत किया गया था प्रकृतिन केवल प्रभाव की पुष्टि करता है बल्कि हैड्रोन के अंदर समाहित होने से पहले एकल आकर्षण क्वार्क के द्रव्यमान तक प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक पहुंच की अनुमति देता है।

एक पार्टन शावर में एक आकर्षण क्वार्क (सी) ग्लून्स (जी) के रूप में विकिरण उत्सर्जित करके ऊर्जा खो देता है। शावर क्वार्क के द्रव्यमान (एम) और ऊर्जा (ई) के अनुपात से छोटे कोणों के लिए क्वार्क के चारों ओर दबी हुई विकिरण का एक मृत शंकु प्रदर्शित करता है। शॉवर के प्रत्येक चरण में ऊर्जा कम हो जाती है। छवि क्रेडिट: सर्न।

मृत शंकु का सीधे निरीक्षण करना बहुत चुनौतीपूर्ण रहा है, लेकिन एलएचसी पर प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव से तीन साल के डेटा का उपयोग करके और परिष्कृत डेटा-विश्लेषण तकनीकों का उपयोग करके, हम अंततः इसे उजागर करने में सक्षम हैं।.

लुसियानो मूसा, प्रवक्ता, एक लार्ज आयन कोलाइडर प्रयोग

कण टकराव, जैसे कि एलएचसी पर, क्वार्क और ग्लून्स बनाते हैं, जिन्हें पार्टन कहा जाता है। पार्टन बनने के बाद पार्टन शावर से गुजरते हैं, जिसमें वे ग्लून्स के रूप में विकिरण का उत्पादन करके ऊर्जा खो देते हैं, जो बदले में ग्लून्स का उत्सर्जन करते हैं। इस शॉवर का विकिरण पैटर्न ग्लूऑन-उत्सर्जक पार्टन के द्रव्यमान पर निर्भर है और एक ऐसे क्षेत्र को दर्शाता है जहां पार्टन की उड़ान की दिशा के आसपास ग्लूऑन उत्सर्जन बाधित होता है – मृत शंकु।

मृत शंकु को परोक्ष रूप से कण कोलाइडर में देखा गया है, जैसा कि तीस साल पहले मजबूत बल के सिद्धांत के मूल सिद्धांतों से भविष्यवाणी की गई थी। हालांकि, इसे सीधे पार्टन शावर के विकिरण पैटर्न से देखना मुश्किल साबित हुआ है। इसका प्रमुख कारण यह है कि मृत शंकु उन कणों से भरा हो सकता है जो उत्सर्जक पार्टन में बदल जाते हैं और बौछार प्रक्रिया के दौरान पार्टन की बदलती दिशा का निर्धारण करना चुनौतीपूर्ण होता है।

ऐलिस का सहयोग अत्याधुनिक विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग करके एलएचसी पर प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव के एक बड़े नमूने का विश्लेषण करके इन बाधाओं को दूर करता है। इन दृष्टिकोणों का उपयोग करके पार्टन शावर को समय पर वापस रोल किया जा सकता है, जो कि कणों की एक धारा द्वारा एलिस डिटेक्टर में छोड़े गए संकेत हैं।

शोधकर्ता इस तरह के क्वार्क द्वारा गठित जेट का पता लगाने में सक्षम थे और क्वार्क के ग्लूऑन उत्सर्जन के पूरे इतिहास का पता लगाने में सक्षम थे, जिसमें जेट की तलाश में एक आकर्षक क्वार्क ले जाने वाला कण था। जब आकर्षण क्वार्क के ग्लूऑन-उत्सर्जन पैटर्न की तुलना ग्लून्स और वस्तुतः द्रव्यमान रहित क्वार्क से की गई, तो आकर्षण क्वार्क के पैटर्न में एक मृत शंकु की खोज की गई।

चूंकि द्रव्यमान रहित कणों में समान मृत शंकु नहीं होते हैं, परिणाम तुरंत आकर्षण क्वार्क के द्रव्यमान को प्रकट करता है।

क्वार्क द्रव्यमान कण भौतिकी में मूलभूत मात्राएँ हैं, लेकिन उन्हें सीधे प्रयोगों में पहुँचा और मापा नहीं जा सकता है, क्योंकि शीर्ष क्वार्क के अपवाद के साथ, क्वार्क मिश्रित कणों के अंदर सीमित होते हैं। पार्टन शावर के मृत शंकु को सीधे देखने की हमारी सफल तकनीक क्वार्क द्रव्यमान को मापने का एक तरीका प्रदान कर सकती है.

एंड्रिया डेनीज़, भौतिकी समन्वयक, एक बड़ा आयन कोलाइडर प्रयोग

जर्नल संदर्भ:

ऐलिस सहयोग (2022) क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स में मृत-शंकु प्रभाव का प्रत्यक्ष अवलोकन। प्रकृति। doi.org/10.1038/s41586-022-04572-w.

स्रोत: https://home.cern/

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