En internationell studie ledd av universitetet i Bonn har funnit bevis på en efterlängtad effekt i acceleratordata. Den så kallade "triangel singularitet" beskriver hur partiklar kan ändra sin identitet genom att utbyta kvarkar, därmed efterlikna en ny partikel. Mekanismen ger också nya insikter om ett mysterium som länge har förbryllat partikelfysiker:Protoner, neutroner och många andra partiklar är mycket tyngre än man kan förvänta sig. Detta beror på särdragen hos den starka interaktion som håller kvargarna ihop. Triangelns singularitet kan hjälpa till att bättre förstå dessa egenskaper. Publikationen är nu tillgänglig i Fysiska granskningsbrev .

I deras studie, forskarna analyserade data från COMPASS -experimentet vid European Organization for Nuclear Research CERN i Genève. Där, vissa partiklar som kallas pioner förs till extremt höga hastigheter och skjuts mot väteatomer.

Pioner består av två byggstenar, en kvark och en anti-kvark. Dessa hålls samman av den starka interaktionen, ungefär som två magneter vars poler lockar varandra. När magneter flyttas bort från varandra, attraktionen mellan dem minskar successivt. Med den starka interaktionen är det annorlunda:Det ökar i linje med avståndet, liknande dragkraften hos ett sträckande gummiband.

Dock, pionens inverkan på vätekärnan är så stark att detta gummiband går sönder. Den "sträckande energi" som lagras i den frigörs på en gång. "Detta omvandlas till materia, som skapar nya partiklar, "förklarar professor Dr. Bernhard Ketzer från Helmholtz -institutet för strålning och kärnfysik vid universitetet i Bonn." Experiment som dessa ger oss därför viktig information om den starka interaktionen. "

Ovanlig signal

År 2015, COMPASS -detektorer registrerade en ovanlig signal efter ett sådant krockprov. Det verkade tyda på att kollisionen hade skapat en exotisk ny partikel under några bråkdelar av en sekund. "Partiklar består normalt endera av tre kvarker - detta inkluderar protoner och neutroner, till exempel - eller som pionerna, av en kvark och en antikvark, "säger Ketzer." Denna nya kortlivade mellanstat, dock, tycktes bestå av fyra kvarker. "

Tillsammans med sin forskargrupp och kollegor vid Münchens tekniska universitet, fysikern har nu lagt data genom en ny analys. "Vi kunde visa att signalen också kan förklaras på ett annat sätt, det är, av ovannämnda triangel singularitet, "betonar han. Denna mekanism postulerades redan på 1950 -talet av den ryska fysikern Lev Davidovich Landau, men har ännu inte bevisats direkt.

Enligt det här, partikelkollisionen gav inte alls någon tetraquark, men en helt normal kvark-antikvark mellanprodukt. Detta, dock, gick sönder igen direkt, men på ett ovanligt sätt:"De involverade partiklarna utbytte kvarkar och ändrade sin identitet i processen, "säger Ketzer, som också är medlem i det tvärvetenskapliga forskningsområdet "Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions" (TRA Matter). "Den resulterande signalen ser då exakt ut så från en tetraquark med en annan massa." Detta är första gången en sådan triangel singularitet har detekterats som direkt efterliknar en ny partikel i detta massintervall. Resultatet är också intressant eftersom det ger nya insikter om karaktären av den starka interaktionen.

Endast en liten del av protonmassan kan förklaras av Higgs -mekanismen

Protoner, neutroner, pioner och andra partiklar (kallade hadroner) har massa. De får detta från den så kallade Higgs-mekanismen, men uppenbarligen inte uteslutande:En proton har cirka 20 gånger mer massa än vad som kan förklaras av Higgs -mekanismen ensam. "Den mycket större delen av massan av hadroner beror på den starka interaktionen, "Ketzer förklarar." Exakt hur massorna av hadroner uppstår, dock, är ännu inte klart. Våra data hjälper oss att bättre förstå egenskaperna hos den starka interaktionen, och kanske på vilka sätt den bidrar till partikelmassan. "