Schrullige Quarks: "Charmant" Partikel mischt sich mit bizarren Vetter

Aktualisiert Freitag, Jan. 3, um 1:20 Uhr ET.

Ein Experiment, mit dem Sie ein Blick in das Verhalten von Elementarteilchen Quarks genannt helfen könnte Antwort Fragen, warum das Universum besteht aus, Materie, und vielleicht sogar Hinweise auf neue, bisher unbekannte Teilchen.

Das Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Illinois, ein internationales Team von Wissenschaftlern veröffentlicht die erste Beobachtung einer Charm-Quark (Quarks kommen in verschiedenen "Geschmacksrichtungen") verfallenden in ihre Antiteilchen, ein Phänomen namens "mischen", zuerst im Jahre 1974 vorhergesagt.

"Es gab einige Hinweise im Jahr 2007, die dies geschah," sagte Paul Karchin, Professor für Physik an der Wayne State University und Co-Autor der Studie in der Fachzeitschrift Physical Review Letters Dez. 18 detailliert. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Charmante quarks

In der Fermi-Teilchenbeschleuniger oder Atom Smasher sind zwei Protonen um bei nahe der Lichtgeschwindigkeit gepeitscht. Wenn sie kollidieren, explodieren sie unter die Dusche von Partikeln, einschließlich verschiedene Arten von Quarks.

Atome bestehen aus Protonen und Neutronen, die wiederum aus noch kleineren Stücke genannt Quarks bestehen. Es gibt sechs Varianten von Quarks: oben, unten, oben, unten, seltsame und Charme. Sie sind durch Gluonen, Protonen und Neutronen zu machen und durch Verlängerung, alles zusammengehalten. (Elektronen sind nicht auf diese Weise teilbar.) Ein Proton besteht beispielsweise aus drei Quarks, zwei oben und eine unten. Gluonen, die die starke Kernkraft zu tragen, sind Elementarteilchen.

Bei einer Kollision zwischen Protonen sind die Energien hoch genug, dass die Quarks rekombiniert werden können, in andere Teilchen genannt Mesonen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen.

Mesonen, und die meisten anderen Partikel, die durch diese hochenergetischen Kollisionen entstehen dauern nicht lange. Sie zerfallen in andere Arten von Partikeln in nur Trillionths einer Sekunde. Die Art und Weise zeigt der Mesonen-Zerfall welche Art von Quarks, die sie gemacht sind. In diesem Fall suchten die Wissenschaftler Charm-Quarks; Sie finden nicht nur Charme Quarks jedoch auch beobachtet diese Quarks spontan in Anti-Charm-Quarks zu verwandeln.

Fehlende Antimaterie

Das Standard-Modell, das die aktuelle Theorie, die Grundlagenphysik regelt, prognostiziert, dass Charm-Quarks könnten auf diese Weise zerfallen, aber das Phänomen hatte nicht jemals zuvor gesehen. Darüber hinaus ist die Mathematik der solchen Quark mischen kompliziert, solche Vorhersagen schwierig.

"Eines der Probleme mit dem Standard-Modell ist, dass die Gleichungen nicht einfache Lösungen", sagte Karchin. "Es ist sehr schwierig, Dinge, an denen starke Kraft berechnen" in Hochenergie-Experimenten.

Bisher scheint es, dass Quark Mischen geschieht, wie das Standard-Modell sagt voraus; Trotzdem ist das spannende, Karchin hinzugefügt, dass weitere Experimente neue Arten von Teilchen, die aus der Kollision enthüllen könnte.

Das Experiment könnte auch helfen eine langjährige Frage, warum das Universum aus Materie und nicht seine bizarre Gegenstück Antimaterie besteht, zu beantworten, obwohl die meisten Theorien besagen 13,8 Milliarden Jahren, als das Universum entstand, gleiche Mengen der beiden Formen der Materie existiert haben sollte. Seit Materie und Antimaterie, die eine entgegengesetzte berechnen und spin, vernichten, wenn sie einander berühren, sollte das Universum nur mit Photonen und Elementarteilchen überlassen werden. Das ist nicht der Fall.

So genannte "kostenlos-Parität Verletzung", was darauf hindeutet, Materie und Antimaterie Verhalten sich anders als anderen, kann das schiefe Ergebnis erklären.

Beobachten die Art und Weise, Charm-Quarks in Anti-Charm-Quarks verwandeln und umgekehrt könnte bieten Einblick in die fehlenden Antimaterie. Wenn sie die gleiche Weise verhält, dann gibt es kein CP-Verletzung. Wenn sie nicht in der gleichen Weise zu Verhalten, dann es gibt. Zu wissen, welche Art von atomaren Prozesse zeigen, CP-Verletzung, und welche nicht, mag erklären, warum das Universum aus Materie besteht.

Während dieses Experiment zeigte keine CP-Verletzung, das nur bedeuten könnte die Parameter in dem CP Verletzung auftreten haben verengt worden – es ist noch möglich, dass es auftauchen könnten.

Weitere Experimente werden festzunageln, ob Charm-Quarks und Anti-Charm-Quarks anders--Verhalten zu tun oder nicht. .

"Es ist irgendwie eine Fläche von Exploration öffnen", sagte Karchin.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um einen Aussage saying Gluonen enthaltenen Quarks, die sie nicht korrigieren.

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