“奇怪”瞥见中子星和对称性违规

2020年3月23日 0 作者 atuo

相对论重离子对撞机(RHIC)的精密粒子探测器的最新结果使人们对中子星核中发生的粒子相互作用有了新的认识,并为核物理学家提供了寻找违反宇宙基本对称性的新方法。结果,刚刚发表在自然物理学,只能在一个功能强大的离子对撞机如RHIC,能源部(DOE)科学办公室在美国能源部布鲁克海文国家实验室核物理研究用户设施的美国能源部获得。

精确的测量结果表明,将最简单的“奇异”原子核(称为“超子”)的各个成分结合在一起的结合能大于以前的,不太精确的实验所获得的结合能。这个新值可能对理解中子星的性质具有重要的天体物理学意义,在中子星中,包含所谓的“奇异”夸克的粒子的存在是普遍的。

第二项测量是寻找超高质子及其反物质对应物抗超高蛋白(第一个含有反奇怪夸克的核,于2010年在RHIC发现)之间的差异。物理学家从未发现物质反物质伙伴之间存在质量差异,因此看到一个将是一个重大发现。这将是违反“ CPT”的证据-同时违反与电荷,奇偶校验(镜像对称)和时间的反转有关的三个基本对称性。

RHIC STAR实验的联合发言人布鲁克·哈芬(Xububu Xu)说:“物理学家看到了奇偶校验违规,一起违反了CP(每个人都获得了布鲁克海文实验室的诺贝尔奖,但从未获得过CPT,”)。完成。

他说,但是没有人在超高通和反高通中寻找违反CPT的规定,“因为还没有其他人可以。”

先前最重原子核的CPT测试是由欧洲大型强子对撞机(LHC)的ALICE合作进行的,测量了普通氦3和抗氦3之间的质量差。该结果无明显差异,已于2015 年发表在《自然物理学》上。

剧透警报:STAR结果还显示,在RHIC探索的物质反物质伙伴之间没有明显的质量差异,因此仍然没有证据表明违反了CPT。但是STAR物理学家甚至可以进行测量的事实证明了他们的探测器具有非凡的功能。

奇怪的事情

最简单的正态原子核仅包含质子和中子,每个粒子均由普通的“上”和“下”夸克组成。在超tri子中,一个中子被称为lambda的粒子代替,该粒子包含一个奇怪的夸克以及普通的上下变体。

在RHIC的碰撞中产生的超致密条件下,这种奇怪的物质替换很常见-而且在中子星的核中也很可能,其中一茶匙物质的重量超过10亿吨。这是因为高密度使得制作奇夸克的能量消耗比普通上下品种便宜。

因此,RHIC碰撞为核物理学家提供了一种方法,可以窥视远方恒星物体内的亚原子相互作用,而无需离开地球。而且由于RHIC碰撞产生的高tri和反高tri的数量几乎相等,因此它们也提供了一种搜索违反CPT的方法。

但是,在每次RHIC粒子粉碎产生的数千个粒子中找到那些稀有粒子-每秒发生数千次碰撞-是一项艰巨的任务。这些不稳定的粒子几乎在它们形成后即在四米宽的STAR检测器中心的厘米之内衰减,这使这一挑战更加严峻。

精密检测

幸运的是,添加到STAR的检测器组件用于跟踪不同种类的粒子,使搜索变得相对容易。这些被称为“重香精追踪器”的组件位于非常靠近STAR探测器中心的位置。它们是由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家和工程师领导的STAR合作者团队开发和建造的。这些内部成分使科学家能够将由每个超高质子和反超高质子的衰变产物产生的轨迹与其碰撞区域外的起点进行匹配。

伯克利实验室的物理学家辛冬说:“我们寻找的是’女儿’粒子,它们是撞击在STAR外缘的探测器部件的衰减产物。” 识别源于主要碰撞区外单个点的子粒子对的配对或三元组的轨迹,使科学家可以从每次RHIC碰撞中从其他粒子流中提取出这些信号。

“然后,我们根据一个衰变来计算每个子粒子的动量(基于它们在STAR磁场中弯曲的程度),然后我们可以在衰变之前重建它们的质量以及母体超高质子或反高超质子粒子的质量。”肯特州立大学(KSU)的Declan Keane。他补充说,区分高脂蛋白和抗高脂蛋白很容易,因为它们会分解为不同的女儿。

徐说:“基恩的团队,包括Irakli Chakeberia,已经专门通过探测器跟踪这些粒子以’连接点’。” “他们还提供了急需的事件可视化。”

如前所述,编译来自许多碰撞的数据表明,物质与反物质超核之间没有质量差异,因此在这些结果中没有证据表明违反了CPT。

但是,当STAR物理学家查看他们的超tri子结合能结果时,结果却比1970年代以前的测量结果还要大。

STAR物理学家通过从其已知的构​​建基颗粒(氘核(质子与中子的结合态))和一个λ的组合质量中减去高超子质量的值,得出结合能。

复旦大学STAR合作者Chenjinhui Chen说:“超重子的重量小于其各个部分的总和,因为其中的一些质量被转化为将三个核子结合在一起的能量。”他的博士生Liu Peng分析了大数据集,得到这些结果。他补充说:“这种结合能实际上是这些相互作用强度的量度,因此我们的新量度可能对理解中子星的’状态方程’具有重要意义。”

例如,在模型计算中,中子星的质量和结构取决于这些相互作用的强度。陈说:“人们对了解这些相互作用-一种强大的力量-在普通核子与包含上,下和奇夸克的奇怪核子之间有何不同,引起了极大的兴趣。” “由于这些超核包含一个λ,因此这是与理论预测进行比较的最佳方法之一。它将问题简化为最简单的形式。”