Onderzoekers van de NC State University hebben de kans bepaald om een ​​gluon in het pion te vinden. The Abstract ging zitten met afgestudeerde student en hoofdauteur Patrick Barry en zijn onderzoeksadviseur Chueng Ji, hoogleraar natuurkunde aan NC State, om te praten over wat deze bevinding betekent voor ons begrip van hoe het universum werkt.

DE SAMENVATTING (TA):Wat zijn gluonen en pionen? Welke rol spelen ze in het universum?

BARRY/JI:Gluonen en pionen zijn essentiële ingrediënten om de stabiliteit van de kern in het centrum van het atoom te begrijpen. Gluonen zijn de "lijm" die quarks en anti-quarks binden in het proton en neutron, gezamenlijk nucleonen genoemd, die de bouwstenen zijn van alle kernen. Pionen bemiddelen interacties tussen nucleonen in de kern, terwijl de pionen zelf ook de gebonden toestanden zijn van een quark en een anti-quark die door de gluonen zijn gelijmd. De stabiliteit van de kern in het atoom is in wezen te wijten aan het evenwicht van de kernkrachten op korte afstand tussen nucleonen in de kern, en de pionen spelen een cruciale rol bij het bemiddelen van die nucleaire krachten op korte afstand om de kern te stabiliseren, terwijl gluonen een cruciale rol spelen bij het vormen van nucleonen en pionen. Zonder gluonen en pionen, atomen zouden niet stabiel zijn en het universum zoals we het kennen zou waarschijnlijk niet bestaan.

TA:Voorafgaand aan dit werk, had iemand bewijs kunnen vinden van gluonen in pionen?

BARRY/JI:Ja, er zijn zowel experimentele als theoretische pogingen gedaan om het bewijs van gluonen in pionen te vinden. Vooral, de hoogenergetische versneller in het CERN-laboratorium voerde pion- en nucleonbotsingen uit, die duidelijk bewijs leverden van gluonen in zowel het pion als het nucleon.

TA:Hoe ga je om met het detecteren van deeltjes die onmogelijk te zien zijn?

BARRY/JI:Dit is een van de meest interessante en cruciale vragen in de kern- en deeltjesfysica. Hoewel we overdag gemakkelijk materie om ons heen kunnen zien, het is onmogelijk om dingen te zien zonder licht. In de donkere nacht, hoe dan ook, men kan nog steeds herkennen wat er om ons heen is door te grijpen, aanraken, enz. Evenzo, men gebruikt en/of ontwikkelt allerlei verschillende middelen om deeltjes te detecteren die niet te zien zijn. Inderdaad, een van de redenen waarom hoogenergetische versnellers zoals die bij CERN worden gebouwd, is om deeltjes te detecteren die niet te zien zijn. Vandaag de dag, we realiseren ons dat het aandeel zichtbare materie in het universum minder dan 5 procent is en dat de rest van het universum gevuld is met zogenaamde donkere materie (ongeveer 25 procent) en donkere energie (ongeveer 70 procent) die alleen door zwaartekracht op elkaar inwerken. Wetenschappers moeten meer verschillende manieren bedenken om deeltjes te detecteren die onmogelijk te zien lijken om de ware aard van het universum dieper te onderzoeken.

TA:Uw bevindingen geven aan dat het gluon een aanzienlijk deel van het momentum van het pion draagt. Waarom is dit belangrijk om te weten, en hoe zal het deeltjesfysici helpen?

BARRY/JI:Het is belangrijk om de dynamiek van gluonen te begrijpen om erachter te komen hoeveel van het momentum van het pion door het gluon wordt gedragen. Quarks en anti-quarks in de pion zijn door gluonen zo sterk aan elkaar gelijmd dat er geen individuele quark of anti-quark uit de pion kan ontsnappen - wat betekent dat er geen geïsoleerde quark of anti-quark op zichzelf kan worden gedetecteerd. Dit gluon-opsluitingsmechanisme is nog niet volledig begrepen. Echter, onderzoekers werken aan het simuleren van de dynamiek van gluonen en andere sterke nucleaire interacties. De fundamentele theorie van deze interacties wordt kwantumchromodynamica (QCD) genoemd. Wetenschappers simuleren numeriek de gluondynamiek om QCD te begrijpen. Daarom is het belangrijk om het momentum van het gluon in het pion te kennen:het totale momentum dat door het pion wordt gedragen, wordt gedeeld door de quarks, anti-quarks en gluonen, gezamenlijk partons genoemd. Onze bevindingen zijn belangrijk bij het uitzoeken van de dynamiek van het delen van momentum door elke parton binnen de pion. Het helpt ons de ware aard van QCD te begrijpen.

TA:Wat zijn de volgende stappen voor dit onderzoek?

BARRY/JI:Onze volgende stappen voor dit onderzoek zijn om meer pools van pion-gegevens op te nemen, inclusief toekomstige gegevens van het nabijgelegen Jefferson Laboratory met meer diepgaande QCD-analyse om te begrijpen hoe elk parton binnen het pion wordt verdeeld. Ons toekomstig onderzoek zou meer globale QCD-analyses opleveren om de verdeling van elk parton binnen het pion, het nucleon en zelfs de kern te bepalen.

Het werk verschijnt in Fysieke beoordelingsbrieven .