Penemuan baru dapat menjelaskan asimetri perancu dalam proton

Representasi grafis dari proton. Bola yang lebih besar mewakili tiga tugas valensi, bola yang lebih kecil mewakili tugas lain yang membentuk proton, dan pegas mewakili ikatan energi atom. Kredit: Laboratorium Nasional Brookaven

Sifat proton yang tidak setara membingungkan fisikawan, tetapi penemuan baru mungkin memunculkan kembali teori-teori lama untuk menjelaskannya.

Simetri – ditampilkan dalam berbagai bidang mulai dari matematika dan seni hingga hewan dan galaksi – merupakan struktur dasar yang penting dari alam. Itu menjadi ciri alam semesta kita dan memungkinkan kita untuk mempelajari dan memahaminya.

Karena simetri adalah tema yang luas di alam, fisikawan khususnya tertarik ketika tampaknya suatu objek seharusnya simetris, tetapi sebenarnya tidak demikian. Ketika para ilmuwan dihadapkan pada pantulan yang rusak ini, tampaknya mereka telah menemukan sebuah benda dengan pantulan yang aneh di cermin.

“Alam mengarahkan untuk melihat kedua konsep model proton yang lebih tua.” – Fisikawan Argonne Don Gissaman

Proton, partikel bermuatan positif yang ada di tengah masing-masing Atom, Menunjukkan ketidaksempurnaan dalam riasannya. Fisikawan dan kolega mereka di Argon National Laboratory of the U.S. Department of Energy (DOE) baru-baru ini menyelidiki kompleksitas kerusakan simetri yang diketahui ini melalui percobaan yang dilakukan di Laboratorium Akselerator Nasional Fermi DOE. Hasil tes dapat mengubah studi proton dengan memulihkan teori efikasi internalnya yang telah dibuang sebelumnya.

Hasil eksperimen ini, yang bertentangan dengan penyelesaian studi dari akhir 90-an, juga dilakukan di Formilab. Para ilmuwan sekarang dapat mempertimbangkan kembali teori untuk menggambarkan ketidaksempurnaan dalam proton yang ditolak oleh eksperimen sebelumnya.

Memahami sifat proton membantu fisikawan menjawab beberapa pertanyaan paling mendasar dari semua ilmu pengetahuan, dan dengan menyelidiki dunia pada tingkat terkecil, para ilmuwan menggunakan teknologi kami setiap hari. Studi tentang proton mengarah pada pengembangan terapi proton untuk pengobatan kanker, pengukuran radiasi proton selama perjalanan ruang angkasa, dan pemahaman tentang pembentukannya dan awal alam semesta.

“Kami telah dapat melihat dinamika yang luar biasa dalam proton,” kata Don Gissaman, fisikawan dari Argona, “dan melalui eksperimen ini, alam mengarah pada pandangan kedua untuk konsep dalam model proton yang lebih tua.”

Tidak ada yang cocok

Seperti halnya bentuk dapat memiliki simetri, begitu pula partikel. Lingkaran sempurna terdiri dari dua setengah lingkaran berukuran sama yang menghadap sisi berlawanan, dan setiap jenis partikel di alam semesta memiliki antipartikel bermassa sama dengan muatan listrik yang berlawanan.

Peralatan asimetri proton

Gambar instrumen yang digunakan dalam tes. Balok proton melewati setiap lapisan yang ditunjukkan. Kredit: Laboratorium Akselerator Nasional Fermi

Bahan penyusun proton mengandung partikel yang disebut quark dan anti-partikelnya, yang disebut anticark. Ini datang dalam “rasa” seperti naik, turun, anti naik dan anti turun. Quark dan anticorros terikat oleh gaya nuklir kuat di dalam proton. Kekuatan gaya-gaya ini dapat menarik beberapa pasang quark dan anticorros, dan pasangan ini hadir untuk waktu yang singkat sebelum saling menghancurkan. “Laut” quark dan antiark ini selamanya ada di dalam dan di luar proton yang keluar.

Menariknya, pada waktu tertentu ada tiga quark lebih banyak daripada anticorros: dua quark lebih tinggi daripada quark anti-up dan satu quark down lebih dari quark anticorros. Dengan kata lain, quark yang cocok ini tidak memiliki bagian antimateri. Ketidaksamaan ini disebabkan oleh fakta bahwa proton bermuatan positif, menghasilkan atom – dan karenanya keberadaan semua materi.

“Kami masih memiliki gagasan yang tidak lengkap tentang kuark proton dan bagaimana mereka mengembangkan sifat proton,” kata fisikawan argon Paul Remer dalam penelitian tersebut. “Sifat sementara dari pasangan quark-anticoark telah menyulitkan untuk mempelajari keberadaan mereka dalam proton, tetapi dalam eksperimen ini kami mengidentifikasi penghancuran anticorros, yang memberi kami wawasan tentang ketidaksempurnaan.”

Bor-Ian Alpha

Menghancurkan grafik quark (garis merah kiri), membuat foton (garis tengah) dan membuat dua bulan (garis magenta kanan). Para ilmuwan mengidentifikasi bulan-bulan ini untuk mendapatkan wawasan tentang asimetri akord proton. Kredit: Paul Reimer / Argon National Laboratory

Eksperimen tersebut menetapkan bahwa proton selalu memiliki lebih banyak quark anti-down down-down daripada quark anti-up, tidak peduli kecepatan quark tersebut. Implikasi dari hasil ini adalah konfliknya dengan penyelesaian eksperimen Formilab di akhir tahun 90-an, yang menunjukkan bahwa asimetri proton terbalik pada kecepatan tinggi, yang berarti bahwa quark anti-up mulai mendominasi quark anti-down.

“Kami telah membuat tes baru untuk melihat kecepatan tinggi ini untuk menentukan apakah perubahan ini benar-benar terjadi,” kata Reimer. “Kami telah menunjukkan bahwa ada asimetri yang mulus antara quark anti-up dan anti-down tanpa ada perubahan rasio” “

Rekonstruksi hancur

Untuk mencari quark dan anticoark dalam proton, para ilmuwan menembakkan tembakan proton ke target dan mempelajarinya setelah tabrakan partikel. Secara khusus, mereka mempelajari apa yang terjadi setelah proton mengenai target proton dari sinar.

Selama tumbukan proton, quark dan anticorrosions dari proton saling menghancurkan. Kemudian, dua partikel unsur baru yang disebut bulan keluar dari interaksi tersebut, bertindak sebagai tanda tangan interaksi. Dari interaksi ini, para ilmuwan menentukan rasio quark anti-up dan quark anti-down dalam kisaran kecepatan tinggi.

“Kami memilih untuk mengukur moine karena mereka bisa mencapai lebih banyak elemen daripada bagian tabrakan lainnya,” kata Reimer. Di antara target dan alat pengukur mereka, tim memasang dinding besi setebal lima meter untuk memungkinkan sinyal mereka masuk dan memblokir dari awan dengan partikel lain.

Ketika Muens mencapai alat pengukur pada akhir perjalanan mereka, para ilmuwan merekonstruksi penghancuran quark-anticark dari pengukuran dan mampu memastikan rasio yang halus dan konsisten dari quark anti-down terhadap quark anti-down.

Pandangan kedua

“Apa yang kami lihat di eksperimen sebelumnya tidak terjadi,” kata Gisman, yang telah menjadi bagian dari studi saat ini dan sebelumnya. “Tapi kenapa? Itu langkah selanjutnya.

Teori yang ditolak setelah bertentangan dengan hasil percobaan sebelumnya sekarang menawarkan deskripsi yang bagus tentang informasi baru, dan ilmuwan dapat mereproduksinya dengan lebih percaya diri karena percobaan ini. Teori-teori ini selanjutnya akan bereksperimen dengan asimetri pada proton dan partikel lain, menambah pemahaman kita tentang teori di sekitar quark.

Rumus tentang sifat quark dalam proton pada akhirnya mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang inti atom. Memahami inti dapat menghilangkan sifat-sifat inti dan bagaimana berbagai unsur kimia berinteraksi satu sama lain. Penelitian proton menyentuh bidang-bidang termasuk kimia, astronomi, kosmologi, dan biologi, yang mengarah pada kemajuan dalam kedokteran, fisika, dan banyak lagi.

“Anda perlu bereksperimen untuk menangani pemikiran dan teori hingga, dan di sini kami mencari alam untuk memberi kami wawasan tentang dinamika proton,” kata Gisman. “Ini adalah siklus eksperimentasi dan teori yang saling terkait yang mengarah pada penelitian yang efektif.”

Referensi: “Antimateri ketidaksetaraan dalam proton” 24 Februari 2021, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03282-z

Pekerjaan tersebut dilakukan bekerja sama dengan Sea Quest, didukung oleh Kantor Fisika Atom DOE dan National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.