Сильное взаимодействие – одна из четырех фундаментальных сил в физике. По сути, он отвечает за существование атомных ядер, состоящих из нескольких протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из более мелких частиц, так называемых кварков.
И их тоже удерживает сильное взаимодействие.
В рамках проекта ALICE (эксперимент с большим ионным коллайдером) в ЦЕРНе в Женеве проф.
Лаура Фаббиетти и ее исследовательская группа в Техническом университете Мюнхена разработали метод для определения с высокой точностью сил, действующих между протонами и гиперонами, нестабильными частицами, состоящими из так называемых странных кварков.
Измерения являются не только новаторскими в области ядерной физики, но и ключом к пониманию нейтронных звезд, одного из самых загадочных и захватывающих объектов в нашей Вселенной.
Сравнение теории и эксперимента
Одна из самых больших проблем в ядерной физике сегодня – это понимание сильного взаимодействия между частицами с разным содержанием кварков из первых принципов, то есть, начиная с сильного взаимодействия между составляющими частиц, кварками и глюонами, которые передают силу взаимодействия.
Теорию сильного взаимодействия можно использовать для определения силы взаимодействия.
Однако эти расчеты не дают надежных предсказаний для нормальных нуклонов с верхними и нижними кварками, а для нуклонов, содержащих тяжелые кварки, например гиперонов, содержащих один или несколько странных кварков.
Эксперименты по определению сильного взаимодействия чрезвычайно сложны, потому что гипероны – нестабильные частицы, которые после образования быстро распадаются.
Эта трудность до сих пор не позволяла провести содержательное сравнение теории и эксперимента. Метод исследования, примененный проф. Лаура Фаббиетти открывает двери для высокоточных исследований динамики сильного взаимодействия на Большом адронном коллайдере (LHC).
Измерение сильной силы даже для самого редкого гиперона
Четыре года назад проф. Фаббиетти, профессор плотной и странной адронной материи в TUM, предложил использовать метод, называемый фемтоскопией, для изучения сильного взаимодействия в эксперименте ALICE.
Методика позволяет исследовать пространственные масштабы, близкие к 1 фемтометру (10 ^ -15 метров) – примерно размер протона – и пространственный диапазон сильносилового воздействия.
Между тем, проф.
Группе Фаббиетти в TUM удалось не только проанализировать экспериментальные данные для большинства комбинаций гиперон-нуклон, но и измерить сильное взаимодействие для самого редкого из всех гиперонов – Омеги, состоящего из трех странных кварков. Кроме того, группа также разработала свою собственную структуру, которая может производить теоретические прогнозы.
«Моя группа TUM открыла новое направление ядерной физики на LHC, которое включает в себя все типы кварков, достигая неожиданной точности в том месте, куда никто до сих пор не заглядывал», – говорит проф. Fabbietti.
В работе, опубликованной сейчас в "Nature", представлены лишь некоторые из множества взаимодействий, измеренных впервые.
Есть ли у нейтронных звезд гипероны?
Понимание взаимодействия между гиперонами и нуклонами также чрезвычайно важно для проверки гипотезы о том, что нейтронные звезды содержат гипероны.
Силы, существующие между частицами, напрямую влияют на размер нейтронной звезды.
Пока неизвестна связь между массой и радиусом нейтронной звезды. В будущем проф.
Таким образом, работа Фаббиетти также поможет разгадать загадку нейтронных звезд.
Youtube-видео об эксперименте: https: // youtu.be / u8uL2pA3tuI