התנגשות ב-LHC מחזקת את הקווארקים כחלקיקים אלמנטריים ללא מבנה פנימי

גלאי ה-CMS, במאיץ האדרונים הגדול של CERN, ניתח התנגשויות פרוטונים ולא מצא עדות למבנה פנימי בקווארקים. המחקר השתמש בנתונים מהשלב השני של הפעילות של ה-LHC ובדק קנה מידה של עד 10⁻²⁰ מטר. התוצאות מחזקות את המודל הנוכחי של פיזיקת החלקיקים.

קווארקים יוצרים פרוטונים וניטרונים, אשר בתורם מרכיבים חומר רגיל. התיאוריה מתארת ​​אותם כחלקיקים נקודתיים, ללא חלקים קטנים יותר. ניסויים קודמים אישרו דעה זו, אך החיפוש אחר שכבות עמוקות יותר נמשך. המחקר החדש מקדם את מגבלת התצפית.

רתרפורד הנחה את שיטת החקירה הנוכחית

הניסוי פועל לפי העיקרון שבו השתמש ארנסט רתרפורד בשנת 1911. הוא הפציץ נייר כסף עם חלקיקי אלפא וצפה בזוויות פיזור. רובם עברו ישר, אבל חלקם ריקושטו. זה חשף את גרעין האטום המרוכז במרכז.

ב-LHC, התנגשויות פרוטונים מפרקות את הפרוטונים הללו לקווארקים. הקווארקים יוצאים כסילון של חלקיקים. ה-CMS מודד את חלוקת הזוויות בין סילונים אלו. אם לקווארקים היה מבנה פנימי, צורת הסילונים הייתה משתנה באנרגיות מסוימות. הנתונים שנאספו אינם מלמדים על סטייה משמעותית זו.

הצוות בחן יותר ממיליון אירועים. התפלגות הזווית תואמת את תחזיות המודל הסטנדרטי עבור חלקיקים נקודתיים. הבדלים קטנים מופיעים בטווחי מסה גבוהים, אך נופלים באי-ודאות סטטיסטית ושיטתית.

ניתוח משתמש ב-138 fb⁻¹ של נתונים ב-13 TeV

המחקר מבוסס על התנגשויות ב-13 טרה-אלקטרון-וולט. הבהירות המשולבת מגיעה ל-138 fb⁻¹. החוקרים תיקנו לאפקטים של גלאים והשוו אותם עם חישובי QCD מטרידים בסדר NNLO, בתוספת תיקוני NLO חלשים.

• התפלגויות זוויתיות מנורמלות בטווחי מסות די-סילון שונים
• השוואה ישירה עם תרחישי קווארק מורכבים
• מגבלות על אינטראקציות מגע בין קווארקים
• אילוצים על מימדים נוספים, חורים שחורים קוונטיים ומתווכי חומר אפל

הגבולות המחמירים ביותר עד כה אינם כוללים קווארקים מורכבים מעל סולמות אנרגיה מסוימים. במודל הייחוס עם קווארקים ביד שמאל, המגבלה מגיעה ל-37 TeV עבור הפרעות בונה.

קווארקים נשארים כחסימות יסוד

הפיזיקה כבר עברה כמה מהפכות. אטומים היו בלתי ניתנים לחלוקה עד לגילוי הגרעין. פרוטונים וניוטרונים נראו יסודיים עד שקווארקים אושרו ב-1968 ב-SLAC. כעת, CMS דוחפת את הבדיקה למרחקים קטנים פי אלף מגודל הפרוטון.

Leia Também

ניקי גלייזר מגלה שהיא לא הוזמנה לחתונה של טיילור סוויפט וטרוויס קלסה

דזמונד ביין קולע שבע שלשות ומג’יק מנצח את פיסטונס 113-105 במשחק השלישי

אייפון אולטרה מסמן את שמו של המתקפל של אפל עם ההשקה המתוכננת לספטמבר

גם ללא סימני משנה, מדענים אינם פוסלים אפשרויות בקנה מידה קטן עוד יותר. הניסוי הנוכחי מגביל מבנים גדולים מ-10⁻²⁰ מ’. זה שווה ערך לכמאית האלפית מקוטר של פרוטון.

התוצאה גם מגבילה תופעות אחרות מעבר למודל הסטנדרטי. צימודים חריגים של גלוונים, חלקיקים דמויי אקסיון ומתווכי חומר אפל מקבלים גבולות הדוקים יותר. הניתוח מכסה מספר מודלים תיאורטיים בפרסום אחד.

עתיד ה-LHC יביא יותר דיוק

השלב השלישי של פעולת LHC כבר אוסף נתונים חדשים. שדרוג HiLumi LHC, המתוכנן לשנת 2030, יגדיל באופן דרמטי את שיעור ההתנגשות. עם יותר נתונים סטטיסטיים, החוקרים יצמצמו את אי הוודאות במדידת זווית הפיזור.

מדידות מדויקות יותר יכולות לחשוף סטיות עדינות או לאשש עוד יותר את ההתנהגות הנקודתית של הקווארקים. CMS מתכננת להמשיך בחיפוש אחר סימנים לפיזיקה חדשה בהפצות סילון.

החומר הרגיל סביבנו תלוי בחלקיקים הללו. כל גילוי על הרכבו ישפיע על הבנת היקום, כולל נושאים כמו חומר אפל ואיחוד כוחות. לעת עתה, הקווארקים שומרים על מיקומם כחלקיקים יסודיים.

מדענים מדגישים כי היעדר ראיות אינו מוכיח היעדר מוחלט. ניסויים עתידיים עם אנרגיות גבוהות יותר או טכניקות שונות יוכלו לחקור מרחקים קטנים עוד יותר. ה-LHC נשאר הכלי העיקרי לגבול הזה.