Mätt inklusive stråltvärsnitt som en funktion av strålens tvärgående momentum. Mätningarna jämförs med teoretiska beräkningar. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Upptäckt för nästan 100 år sedan av Ernest Rutherford, protonen var en av de första partiklarna som studerades på djupet. Men det är fortfarande mycket om det som fortfarande är ett mysterium. Varifrån kommer dess massa och snurr? Vad är den gjord av? För att svara på dessa frågor, fysiker vid ATLAS -experimentet använder "strålar" av partiklar som avges av Large Hadron Collider (LHC) som ett förstoringsglas för att undersöka protonens inre struktur.
Protonstrukturen och dess dynamik beskrivs av teorin om starka interaktioner, kvantkromodynamik (QCD). Den skildrar protonen (och andra hadroner) som ett system av elementära partiklar, i detta fall kvarker och gluoner. QCD förklarar hur dessa kvarker och gluoner interagerar och, följaktligen, vad som framkommer av proton-protonkollisioner med hög energi vid LHC.
En av de anmärkningsvärda egenskaperna hos QCD är att kvarker och gluoner inte kan observeras som fria partiklar. Istället, de binder alltid till att bilda hadroner. QCD förutspår också att "jets" av hadroner som produceras i LHC -kollisioner kommer att flyga bort från interaktionspunkten i några distinkta riktningar. Dessa riktningar motsvarar de för de ursprungliga kvarkerna och gluonerna.
Sannolikheten att observera en stråle med vissa kinematiska egenskaper (kallad "tvärsnitt") kan beräknas i QCD. Det finns en större sannolikhet att producera en jet med låg tvärgående momentum än att producera en jet med hög transversal momentum.
ATLAS -detektorn mäter strålar över ett brett spektrum av tvärgående moment, med produktionshastigheten som varierar med mer än 10 storleksordningar. Miljarder jetplan med en tvärgående momentum på 100 GeV har detekterats, men vi har hittills bara sett några 2 TeV -jetplan. En anmärkningsvärd framgång för QCD är att den kan beskriva detta breda spektrum av energier så exakt!
I en nyligen publicerad tidning, ATLAS -fysiker räknade hur många strålar av en given tvärgående momentum som fanns i 2012 års data. Detta jämfördes sedan med flera teoretiska förutsägelser och befanns vara överens. Dessa resultat förväntas begränsa parametrarna för protonstrukturen.
