Settembre 26, 2022

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Lo studio conferma che il protone ha un quark magico intrinseco

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Mentre i fisici ne discutono da quasi quarant’anni, una nuova analisi dei dati della collaborazione NNPDF rivela che il protone contiene effettivamente un’altra particella fondamentale chiamata fascino di quark. La natura intrinseca di questo quark potrebbe avere importanti implicazioni nella ricerca di una nuova fisica.

Tutta la materia intorno a noi è composta da atomi, che a loro volta contengono particelle subatomiche: protoni e neutroni Forma il nucleo che è attratto intorno ad esso Elettroni. Secondo il Modello Standard della fisica delle particelle, il protone è una cosiddetta particella complessa: prove sperimentali mostrano che è composto da almeno tre particelle (i due quark). sopra quark più basso), legato da gluoni. Tuttavia, la teoria quantistica prevede che un protone possa contenere molte altre coppie di quark e antiquark, inclusi i quark. Fascino È più massiccio del protone stesso.

I teorici credono che questi quark lo siano Fascino Sono “intrinseci” al protone, nel senso che fanno parte del protone su scale temporali lunghe e non sono il risultato di interazioni con una particella esterna. Tuttavia, nessun esperimento è riuscito a dimostrare l’esistenza di questo quark. Fascino essenziale al momento. Grazie all’analisi di enormi quantità di dati di collisione tramite tecniche di apprendimento automatico, la collaborazione NNPDF fornisce finalmente la tanto attesa prova.

Sono stati analizzati i dati di oltre 500.000 collisioni

Nessuna cooperazione NNPDF (Versare Funzione di distribuzione parziale di una rete neuraleSvolge attività di ricerca nel campo della fisica delle alte energie. Il suo obiettivo è determinare l’esatta struttura del protone (cioè la distribuzione dei suoi componenti, quark e gluoni) utilizzando metodiintelligenza artificiale. Questa conoscenza è una componente fondamentale del programma di ricerca di LHC adroni (LHC) Lei è il CERN.

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In particolare, il gruppo ha utilizzato un modello di apprendimento automatico per costruire diverse ipotetiche strutture protoniche, con differenti gusti di quark. Ricorda di passaggio che questi gusti sono in numero di sei: sopraE il più bassoE il più altoE il minoreE il uno sconosciuto e altri Fascino. Hanno quindi confrontato queste diverse strutture protoniche con i risultati ottenuti durante più di 500.000 collisioni reali, effettuate in acceleratori di particelle negli ultimi 10 anni.

Funzioni di distribuzione parziale del quark charm intrinseco e confronto con i modelli. © NNPDF Collaborazione

Hanno scoperto che una piccola parte (0,5%) della quantità di moto del protone è attribuita al quark. Fascino. Quest’ultimo è molto più pesante dei quark sopra e altri più basso (Migliaia di volte più pesante di un quark sopra !). Questa scoperta è dovuta in particolare a LHCb.esperienza (Beauty of the Large Hadron Collider) effettuato lo scorso anno sul bosone Z, che ha rivelato l’esistenza di quark Fascino nei protoni. Secondo i loro calcoli, il team stima che nel protone – che ha una massa poco inferiore a 1 GeV – i quark Fascino E un’antiparticella, che ha una massa di circa 1,5 GeV ciascuna, a volte compare spontaneamente.

Il livello di fiducia è ancora molto basso

E così, per quanto incredibile possa sembrare, un protone può essere costituito da una particella più grande di lui! ” Questo va contro ogni buon senso. È come comprare un chilogrammo di sale e ne escono due chilogrammi di sabbia. Ma nella meccanica quantistica, una cosa del genere è del tutto possibile. “,” Spiegazione di John Reedfisico teorico presso la Libera Università di Amsterdam e autore principale dell’articolo che descrive la scoperta.

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I ricercatori affermano anche che se un protone non avesse una coppia di quark charm e anti-en, ci sarebbe solo una probabilità dello 0,3% di ottenere i valori osservati sperimentalmente. Questo dà ai loro risultati un livello di confidenza di 3 Sigma. ” Questo è ciò che chiamiamo un serio indicatore nella fisica delle particelle Tuttavia, il livello 5 sigma è necessario affinché il risultato sia considerato davvero importante, quindi sono necessarie ulteriori ricerche per passare da uno stato di “prova” a uno stato di “scoperta”.

Negli acceleratori di particelle, il movimento dei protoni in collisione fornisce una tale quantità di energia che a volte i quark pesanti e le loro antiparticelle possono formare da questa energia: questi quark “esterni” non sono fondamentali per l’identità del protone. D’altra parte, qui si tratta di quark che appaiono naturalmente, di tanto in tanto, in un protone indisturbato, e quindi a bassa energia.

Questo fenomeno è raro, ma potrebbe essere di grande interesse per gli esperimenti condotti presso l’LHC. ” Negli esperimenti del CERN, creiamo collisioni tra protoni e cerchiamo sottili anomalie che potrebbero indicare nuove particelle o forze. Questo è possibile solo se si comprende appieno la loro natura. ‘ conclude il fisico.

fonte : Collaborazione NNPDF, Natura