Forskare från NC State University har bestämt sannolikheten för att hitta ett gluon inuti pionen. The Abstract satte sig ner med doktoranden och huvudförfattaren Patrick Barry och hans forskningsrådgivare Chueng Ji, professor i fysik vid NC State, att prata om vad detta fynd betyder för vår förståelse av hur universum fungerar.

SAMMANFATTNING (TA):Vad är gluoner och pioner? Vilken roll spelar de i universum?

BARRY/JI:Gluoner och pioner är viktiga ingredienser för att förstå stabiliteten hos kärnan i atomens centrum. Gluoner är "limmet" som binder kvarkar och anti-kvarkar inuti protonen och neutronen, gemensamt kallade nukleoner, som är byggstenarna i alla kärnor. Pioner förmedlar interaktioner mellan nukleoner inuti kärnan, medan pionerna själva också är de bundna tillstånden för en kvark och en anti-kvark som limmas av gluonerna. Stabiliteten hos kärnan inuti atomen beror huvudsakligen på balansen mellan kärnkrafterna på kort räckvidd mellan nukleoner inuti kärnan, och pionerna spelar en avgörande roll för att förmedla dessa kortdistanskärnkrafter för att stabilisera kärnan medan gluoner spelar en avgörande roll för att bilda nukleoner och pioner. Utan gluoner och pioner, atomer skulle inte vara stabila och universum som vi känner det skulle troligen inte existera.

TA:Före detta arbete, hade någon kunnat hitta bevis på gluoner inuti pioner?

BARRY/JI:Ja, det har gjorts både experimentella och teoretiska försök att hitta bevis på gluoner inuti pioner. Särskilt, högenergiacceleratorn vid CERN-laboratoriet genomförde pion- och nukleonkollisioner, vilket gav tydliga bevis på gluoner inuti pion såväl som nukleon.

TA:Hur går man tillväga för att upptäcka partiklar som är omöjliga att se?

BARRY/JI:Detta är en av de mest intressanta och avgörande frågorna inom kärn- och partikelfysik. Även om vi lätt kan se materia omkring oss på dagtid, det är omöjligt att se saker utan något ljus. I den mörka natten, ändå, man kan fortfarande känna igen vad som finns omkring oss genom att ta tag, rörande, etc. Likaså, man använder och/eller utvecklar alla möjliga olika medel för att upptäcka partiklar som är omöjliga att se. Verkligen, en av anledningarna till att högenergiacceleratorer som den på CERN byggs är för att upptäcka partiklar som är omöjliga att se. Nu för tiden, vi inser att andelen synlig materia i universum är mindre än 5 procent och resten av universum är fylld med så kallad mörk materia (cirka 25 procent) och mörk energi (cirka 70 procent) som endast interagerar med gravitation. Forskare måste ta fram fler olika sätt att upptäcka partiklar som verkar omöjliga att se för att djupare utforska universums verkliga natur.

TA:Dina fynd tyder på att gluonen bär en betydande del av pionens rörelsemängd. Varför är detta viktigt att veta, och hur kommer det att hjälpa partikelfysiker?

BARRY/JI:Att hitta hur mycket av pionens rörelsemängd som bärs av gluonen är viktigt för att förstå gluonernas dynamik. Kvarkar och antikvarkar inuti pionen limmas av gluoner så starkt att ingen enskild kvark eller antikvark kan fly från pionen – vilket gör att ingen isolerad kvark eller antikvark kan upptäckas av sig själv. Denna gluoninneslutningsmekanism är ännu inte helt klarlagd. Dock, forskare arbetar med att simulera dynamiken hos gluoner och andra starka nukleära interaktioner. Den grundläggande teorin för dessa interaktioner kallas kvantkromo-dynamik (QCD). Forskare simulerar numeriskt gluondynamik för att förstå QCD. Det är därför det är viktigt att känna till rörelsemängden för gluonen inuti pionen:den totala rörelsemängden som pionen bär delas av kvarkarna, anti-kvarkar och gluoner, gemensamt kallade partons. Våra resultat är viktiga för att ta reda på dynamiken i momentumdelning av varje parton inuti pionen. Det hjälper oss att förstå den sanna naturen hos QCD.

TA:Vilka är nästa steg för denna forskning?

BARRY/JI:Våra nästa steg för denna forskning är att införliva fler pooler av piondata inklusive kommande data från närliggande Jefferson Laboratory med mer djupgående QCD-analys för att förstå hur varje parton är fördelad inuti pionen. Vår framtida forskning skulle ge fler globala QCD-analyser för att bestämma varje partons fördelning inuti pionen såväl som nukleonen och till och med kärnan.

Verket dyker upp i Fysiska granskningsbrev .