นักวิทยาศาสตร์ที่ใช้ Heavy Ion Collider (RHIC) แบบสัมพัทธภาพเพื่อศึกษาสสารที่ร้อนที่สุดที่

เคยสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการได้เผยแพร่ข้อมูลแรกของพวกเขาที่แสดงให้เห็นว่าอนุภาคสามรูปแบบที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่าอัพไซลอน “ละลาย” หรือแยกตัวออกจากกันในสารที่ร้อนระอุนั้นเป็นอย่างไร ผลลัพธ์ที่เพิ่งตีพิมพ์ในPhysical Review Lettersมาจากเครื่องตรวจจับ STAR ของ RHIC ซึ่งเป็นหนึ่งในสองการทดลองติดตามอนุภาคขนาดใหญ่ที่สำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) สำหรับการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์

• บทความอื่น ๆ : pixypatch.com
• ภาพถ่ายจากฮับเบิลแสดงดาวฤกษ์ในกระจุกดาวทรงกลม

ข้อมูลเกี่ยวกับอัพไซลอนเพิ่มหลักฐานเพิ่มเติมว่าควาร์กและกลูออนที่ประกอบกันเป็นสสารร้อน ซึ่งเรียกว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออน (QGP) นั้น “ถูกจำกัด” หรือปราศจากการดำรงอยู่ตามปกติของพวกมันที่ถูกขังอยู่ภายในอนุภาคอื่นๆ เช่น โปรตอน และนิวตรอน การค้นพบนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของ QGP รวมถึงอุณหภูมิของมันด้วย

Rongrong Ma นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven ของ DOE ซึ่งเป็นที่ตั้งของ RHIC และผู้ประสานงานการวิเคราะห์ฟิสิกส์สำหรับการทำงานร่วมกันของ STAR กล่าวว่า “การวัดระดับการยับยั้งหรือการแยกตัวของอัพไซลอนทำให้เราสามารถสรุปคุณสมบัติของ QGP ได้ “เราไม่สามารถบอกได้อย่างแน่ชัดว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของ QGP ขึ้นอยู่กับการวัดนี้เพียงอย่างเดียว แต่การวัดนี้เป็นส่วนสำคัญของภาพรวม เราจะนำการวัดนี้และการวัดอื่นๆ มารวมกันเพื่อทำความเข้าใจรูปแบบเฉพาะนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ของเรื่อง”

ปราศจากควาร์กและกลูออนนักวิทยาศาสตร์ใช้ RHIC ซึ่งเป็น “atom masher” ที่มีเส้นรอบวง 2.4 ไมล์ เพื่อสร้างและศึกษา QGP โดยการเร่งและชนกันของคานทองสองลำ ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมที่ดึงอิเล็กตรอนออกมาด้วยพลังงานที่สูงมาก การแตกตัวที่ทรงพลังเหล่านี้สามารถละลายขอบเขตของโปรตอนและนิวตรอนของอะตอมที่ปลดปล่อยควาร์กและกลูออนที่อยู่ภายใน

วิธีหนึ่งในการยืนยันว่าการชนกันทำให้เกิด QGP คือการมองหาหลักฐานว่าควาร์กอิสระและกลูออนมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ อัพไซลอน อนุภาคอายุสั้นที่สร้างจากคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กหนัก (ล่าง-แอนติบอตทอม) รวมตัวกัน กลายเป็นอนุภาคในอุดมคติสำหรับภารกิจนี้

Zebo Tang ผู้ทำงานร่วมกันของ STAR จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนกล่าวว่า “อัพไซลอนเป็นสถานะที่มีขอบเขตแน่นหนามาก มันยากที่จะแยกออกจากกัน” “แต่เมื่อคุณใส่มันลงใน QGP คุณจะมีควาร์กและกลูออนมากมายที่อยู่รอบๆ ทั้งควาร์กและแอนติควาร์ก ซึ่งอันตรกิริยาโดยรอบเหล่านั้นจะแข่งขันกับอันตรกิริยาของควาร์ก-แอนติควาร์กของอัพไซลอนเอง”

เมื่อมีพลาสมาของควาร์ก-กลูออน (พื้นหลัง) ควาร์กอิสระและกลูออนสามารถขัดขวางปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กด้านล่างและแอนติบอตทอมควาร์กที่ประกอบกันเป็นอัพไซลอนได้ การคัดกรองอันตรกิริยาของควาร์ก-แอนติควาร์กนี้ทำให้อัพไซลอนแยกตัวออกหรือละลาย ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าอัพไซลอนที่ผูกไว้อย่างหลวมๆ ละลายได้ง่ายที่สุด ในขณะที่สถานะกราวด์ที่ผูกแน่นจะละลายน้อยที่สุด เครดิต: ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhavenการโต้ตอบ “คัดกรอง” เหล่านี้สามารถแยกอัพไซลอนออกจากกัน—ทำให้ละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพและยับยั้งจำนวนอัพไซลอนที่นักวิทยาศาสตร์นับได้

“หากควาร์กและกลูออนยังคงถูกจำกัดอยู่ในโปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัว พวกมันจะไม่สามารถมีส่วนร่วมในอันตรกิริยาที่แข่งขันกันเพื่อแยกคู่ควาร์กและแอนติควาร์ก” Tang กล่าว

ข้อดีของอัพไซลอนนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นการยับยั้งอนุภาคควาร์ก-แอนติควาร์กอื่นๆ ใน QGP เช่น อนุภาค J/psi (ทำจากคู่ชาร์ม-แอนติชาร์ม) แต่อัพไซลอนแตกต่างจากอนุภาค J/psi นักวิทยาศาสตร์ของ STAR กล่าว ด้วยเหตุผลหลักสองประการ: การไม่สามารถปฏิรูปใน QGP และความจริงที่ว่าพวกมันมาในสามประเภท

ก่อนที่เราจะทำการปฏิรูป เรามาพูดถึงการก่อตัวของอนุภาคเหล่านี้กันก่อน ชาร์มและบอตควาร์กและแอนติควาร์กถูกสร้างขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ ของการชนกัน—ก่อนที่จะเกิด QGP ด้วยซ้ำ ทันทีที่เกิดผลกระทบ เมื่อพลังงานจลน์ของไอออนทองคำที่ชนกันถูกสะสมไว้ในพื้นที่เล็กๆ มันจะกระตุ้นการสร้างอนุภาคของสสารและปฏิสสารจำนวนมาก โดยพลังงานจะเปลี่ยนเป็นมวลผ่านสมการที่มีชื่อเสียงของไอน์สไตน์ E= mc 2 ควาร์กและแอนติควาร์กร่วมมือกันสร้างอัพไซลอนและอนุภาค J/psi ซึ่งสามารถโต้ตอบกับ QGP ที่เกิดขึ้นใหม่ได้

แต่เนื่องจากต้องใช้พลังงานมากกว่าในการสร้างอนุภาคที่หนักกว่า จึงมีชาร์มและแอนติชาร์มที่เบากว่าควาร์กด้านล่างและแอนติบอตที่หนักกว่าในซุปของอนุภาค ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าอนุภาค J/psi บางส่วนจะแยกตัวออกหรือ “ละลาย” ใน QGP แล้ว อนุภาคอื่นๆ ยังสามารถก่อตัวเป็นสแนร์คและแอนติชาร์มควาร์กหากันเองในพลาสมาได้ การปฏิรูปนี้เกิดขึ้นน้อยมากกับอัพไซลอน เนื่องจากความขาดแคลนสัมพัทธ์ของควาร์กชนิดก้นหนาและแอนติบอตทอม ดังนั้นเมื่ออัพไซลอนแยกตัวออกไป มันก็หายไป

Shuai Yang ผู้ทำงานร่วมกันของ STAR จาก South China Normal University กล่าวว่า “มีควาร์กก้นแอนติบอตทอมใน QGP ไม่เพียงพอ “สิ่งนี้ทำให้การนับ upsilon สะอาดมาก เนื่องจากการปราบปรามไม่ได้ถูกทำให้ยุ่งเหยิงด้วยการปฏิรูปแบบที่ J/psi นับได้”