zichtbare materie, of de dingen waaruit de dingen bestaan ​​die we zien, is gemaakt van deeltjes die kunnen worden gezien als bouwstenen gemaakt van meer bouwstenen, steeds kleiner wordend, tot op subatomair niveau. Atomen zijn gemaakt van dingen als protonen en neutronen, die zijn samengesteld uit nog kleinere bouwstenen zoals quarks. Het bestuderen van die kleinste bouwstenen vereist experimenten waarbij atomaire deeltjes worden versneld en uit elkaar worden gehaald, vervolgens theoretisch werk om te begrijpen en te beschrijven wat er is gebeurd.

UConn Universitair docent natuurkunde Luchang Jin bestudeert deeltjes- en kernfysica, en werkt eraan om meer te begrijpen over subatomaire deeltjes en hoe ze zich gedragen. Jin zal recente bevindingen presenteren tijdens de najaarsbijeenkomst van 2021 van de afdeling kernfysica van de American Physical Society in oktober.

"Het onderwerp beschrijft hoe quarks smaken veranderen, ' of overgang, door zwakke interacties, ", zegt Jin. "Het standaardmodel beschrijft vier soorten interacties en zwakke interacties zijn er een van. We bestuderen de parameters die de overgangskans beschrijven."

Quarks kunnen zes soorten 'smaken' of verschillen in massa en lading hebben, charme, omlaag, onderkant, bovenkant, en vreemd - en begrijpen hoe ze van de ene smaak naar de andere overschakelen, Jin zegt, kan ons helpen meer te begrijpen over de innerlijke werking van het universum.

Jin legt uit dat dit onderzoek de kans onderzoekt dat up-quarks overgaan in down-quarks. De overgangswaarschijnlijkheid van deze smaakverandering en de kansen voor up-quarks die overgaan naar andere quarks moeten optellen tot één, maar dat doen ze niet, en dit tekort is intrigerend.

"Dit zou iets kunnen aangeven, bijvoorbeeld dat we die waarden helaas op de een of andere manier niet nauwkeurig genoeg hebben gemeten, ', zegt Jin. 'Het zou erop kunnen wijzen dat er nieuwe deeltjes zijn die we nog niet kennen, en dat wordt heel spannend. Het werk dat ik probeer te doen, is ervoor te zorgen dat we die hoeveelheden nauwkeurig meten."

Jin zegt dat de experimentele aspecten van dit werk in relatief goede staat zijn; het knelpunt, echter, is met het theoretische aspect, die Jin hoopt te helpen oplossen door de relaties tussen de quark-overgangskansen te bepalen uit de experimentele gegevens van de hadron-overgangskansen.

Hadronen zijn een soort subatomair deeltje gemaakt van twee of meer quarks die worden geclassificeerd op basis van de sterkte van hun interacties met elkaar op een schaal van 'kleurlading'. Echter, sommige kleurgeladen deeltjes kunnen onder normale omstandigheden niet worden bestudeerd en worden daarom "in kleur beperkt" genoemd. Door de kleurbeperking, experimentatoren kunnen een vrije quark niet isoleren, de quarks leven altijd in kleurneutrale hadronen.

Door gebruik te maken van een scala aan theoretische instrumenten, zoals grootschalige, rooster Quantum Chromodynamica (QCD) berekeningen, en de toepassing van theorie, zoals de chirale verstoringstheorie, onderzoekers werken aan een beter begrip van deze relaties in de experimentele processen, zegt Jin.

"Ik ben bezig met het bepalen van de quark-overgangenwaarschijnlijkheden van de experimentele inputs. Er zijn veel verschillende experimentele inputs die men kan gebruiken."

De onderzoekers konden een deel van de puzzel oplossen door onzekerheid op te lossen in de theoretische berekeningen die één experimentele invoer relateren aan de gewenste quark-overgangskansen.

"Echter, dat experimentele input zelf niet erg nauwkeurig is, " Zegt Jin. "We hebben het theoretische deel opgelost, maar dat hadron-overgangsproces is een beetje moeilijk voor de experimentatoren. Als we echt de quark-overgangskans uit dat proces willen bepalen, we moeten de experimentele precisie met ongeveer het tienvoudige verbeteren. Na dit werk, het wordt een heel schoon proces vanuit theoretisch oogpunt."

Tijdens de APS-bijeenkomst Jin zal gegevens presenteren die parameters van een andere smaakschakelaar onderzoeken; deze keer, voor hoe een up-quark overschakelt naar een vreemde quark.

Dat werk is vergelijkbaar, en de onderzoekers konden dezelfde berekening en theorie toepassen om de relevante lage-energieconstanten in de chirale verstoringstheorie te bepalen. "Nu kennen we de lage energieconstanten heel goed dankzij deze berekening, maar dit lost niet het hele probleem op vanwege de beperking van de chirale verstoringstheorie."

Jin zal ook nieuwere gegevens presenteren voor lopend werk, inclusief innovaties om rekening te houden met fotonen die eigenschappen bezitten die tot problemen bij berekeningen kunnen leiden, vermindering van precisie, en systematische fout,

"We proberen de roosterberekening op een andere manier uit te voeren om deze problemen van de chirale verstoringstheorie volledig te vermijden, " zegt Jin.

Het werk voor meer precisie blijft de smaken en krachten begrijpen die zichtbare materie bij elkaar houden, zegt Jin.

"Dit is een doorlopend werk en natuurlijk om door te gaan, men kan niet wachten om te proberen de andere problemen op te lossen. Dit werk is de grens van ons begrip van de natuur."