Synlig materia, eller saker som komponerar de saker vi ser, är gjord av partiklar som kan tänkas ungefär som byggstenar gjorda av fler byggstenar, någonsin minskar i storlek, ner till subatomär nivå. Atomer är gjorda av saker som protoner och neutroner, som består av ännu mindre byggstenar som kvarker. Att studera de minsta byggstenarna kräver experiment där atompartiklar accelereras och bryts isär, sedan teoretiskt arbete för att förstå och beskriva vad som hände.

UConn biträdande professor i fysik Luchang Jin studerar partikel- och kärnfysik, och arbetar för att förstå mer om subatomära partiklar och hur de beter sig. Jin kommer att presentera de senaste resultaten vid höstmötet 2021 i American Physical Society's Division of Nuclear Physics i oktober.

"Ämnet beskriver hur kvarker förändrar smaker, 'eller övergång, på grund av svaga interaktioner, "säger Jin." Standardmodellen beskriver fyra typer av interaktioner och svaga interaktioner är en av dem. Vi studerar parametrarna som beskriver övergångssannolikheten. "

Kvarker kan ha sex typer av "smaker" eller skillnader i massa och laddning - upp, charm, ner, botten, topp, och konstigt - och förstå hur de växlar från en smak till en annan, Jin säger, kan hjälpa oss att förstå mer om universums inre funktioner.

Jin förklarar att denna forskning undersöker sannolikheten för uppkvarkar som övergår till nedkvarkar. Övergångssannolikheten för denna smakförändring och sannolikheterna för uppkvarkar som övergår till andra kvarkar bör lägga till upp till en, men det gör de inte, och detta underskott är spännande.

"Det här kan tyda på något, till exempel att vi tyvärr inte på något sätt mätte dessa värden tillräckligt noggrant, "Säger Jin." Det kan indikera att det finns några nya partiklar som vi inte känner till ännu, och det kommer att bli väldigt spännande. Det arbete jag försöker göra är att försöka se till att vi mäter dessa mängder korrekt. "

Jin säger att de experimentella aspekterna av detta arbete är i relativt god form; flaskhalsen, dock, är med den teoretiska aspekten, som Jin hoppas kunna hjälpa till att lösa genom att bestämma relationerna mellan kvarkövergångssannolikheterna från de experimentella uppgifterna om hadronövergångssannolikheter.

Hadroner är en typ av subatomär partikel som består av två eller flera kvarker som klassificeras efter styrkan i deras interaktioner med varandra på en skala med "färgladdning". Dock, vissa färgladdade partiklar kan inte studeras under normala förhållanden och de kallas därför "färgbegränsade". På grund av färgbegränsningen, experimentister kan inte isolera en fri kvark, kvarkerna lever alltid inuti färgneutrala hadroner.

Genom att använda en rad teoretiska verktyg som storskalig, raster Quantum Chromodynamics (QCD) beräkningar, och tillämpning av teori, som teorin om kiral störning, forskare arbetar för att bättre förstå dessa relationer i de experimentella processerna, säger Jin.

"Jag arbetar med att bestämma sannolikheterna för kvarkövergångar från de experimentella ingångarna. Det finns många olika experimentella ingångar som man kan använda."

Forskarna kunde lösa en del av pusslet genom att lösa osäkerhet i de teoretiska beräkningarna som relaterar en experimentell ingång till de önskade kvarkövergångssannolikheterna.

"Dock, att den experimentella inmatningen i sig inte är särskilt exakt, "Jin säger." Vi löste den teoretiska delen, men den Hadron -övergångsprocessen är lite svår för experimentisterna. Om vi ​​verkligen vill bestämma sannolikheten för kvarkövergången från den processen, vi måste förbättra experimentell precision med ungefär tiofaldigt. Efter detta arbete, det kommer att bli en mycket ren process ur teoretisk synvinkel. "

Vid APS -mötet, Jin kommer att presentera data som utforskar parametrar för en annan smakomkopplare; den här gången, för hur en uppkvark växlar till en konstig kvark.

Det arbetet är liknande, och forskarna kunde tillämpa samma beräkning och teori för att bestämma de relevanta lågenergikonstanterna i kiral störningsteori. "Nu känner vi till lågenergikonstanterna mycket väl på grund av denna beräkning, men detta löser inte hela problemet på grund av begränsningen av den kirala störningsteorin. "

Jin kommer också att presentera nyare data för pågående arbete, inklusive innovationer för att redogöra för fotoner som har egenskaper som kan leda till svårigheter vid beräkningar, minskning i precision, och systematiska fel,

"Vi försöker göra gitterberäkningen på ett annat sätt för att helt undvika dessa frågor från kiral störningsteori, "säger Jin.

Arbetet för mer precision fortsätter att förstå smakerna och krafterna som håller ihop synlig materia, Säger Jin.

"Detta är ett pågående arbete och naturligtvis att fortsätta, man kan inte vänta med att försöka lösa de andra problemen. Detta arbete är gränsen för vår förståelse av naturen. "