پروتون های شینگ بینشی را در مورد جهان اولیه ارائه می دهند

تحقیقات جدید ساختار سه بعدی تشدیدهای نوکلئونی را روشن می کند

نیوپورت نیوز، ویرجینیا – در اواسط قرن گذشته، فیزیکدانان کشف کردند که پروتون ها می توانند مانند زنگ یک زنگ طنین انداز شوند. پیشرفت‌ها در سه دهه گذشته منجر به ایجاد تصاویر سه بعدی از پروتون و بینش قابل توجهی از ساختار آن در حالت پایه شده است. اما اطلاعات کمی در مورد ساختار سه بعدی پروتون تشدید کننده وجود دارد.

اکنون، آزمایشی برای مطالعه ساختارهای سه‌بعدی تشدید پروتون و نوترون در مرکز شتاب‌دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده، تکه‌ای دیگر از این پازل را به تصویر وسیع جهان آشفته و نوپا که درست پس از انفجار بزرگ وجود داشت، اضافه کرده است.

مطالعه خواص و رفتار بنیادی نوکلئون‌ها بینش مهمی را در مورد بلوک‌های سازنده اصلی ماده ارائه می‌دهد. نوکلئون ها پروتون ها و نوترون هایی هستند که هسته اتم ها را تشکیل می دهند. هر نوکلئون متشکل از سه کوارک است که با برهمکنش قوی، قوی‌ترین نیروی طبیعت، به گلوئون‌ها متصل شده‌اند.

پایدارترین حالت با کمترین انرژی نوکلئون حالت پایه نام دارد. اما زمانی که یک نوکلئون به یک حالت انرژی بالاتر وادار می شود، کوارک های آن در برابر یکدیگر می چرخند و به ارتعاش در می آیند و آنچه به عنوان رزونانس نوکلئونی شناخته می شود را نشان می دهند.

گروهی از فیزیکدانان از دانشگاه Justus Liebig Universitat (JLU) Giessen در آلمان و دانشگاه کانکتیکات، تلاش همکاری CLAS را برای انجام آزمایشی برای بررسی این رزونانس های نوکلئونی رهبری کردند. این آزمایش در تاسیسات شتاب دهنده پرتو الکترونی پیوسته (CEBAF) در کلاس جهانی آزمایشگاه جفرسون انجام شد. CEBAF یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE است که از تحقیقات بیش از 1800 فیزیکدان هسته ای در سراسر جهان پشتیبانی می کند. نتایج این مطالعه در مجله معتبر معتبر منتشر شد نامه معاینه فیزیکی.

استفان دیهل، رهبر تجزیه و تحلیل، گفت که کار این تیم ویژگی‌های اساسی تشدید نوکلئونی را روشن می‌کند. دیهل محقق فوق دکترا و رهبر پروژه در مؤسسه دوم فیزیک در JLU Giessen و استاد پژوهشی در دانشگاه کانکتیکات است. گفت کار این است همچنین الهام بخش مطالعات جدید در مورد ساختار سه بعدی پروتون تشدید کننده و فرآیند تحریک است.

دیهل گفت: «این اولین بار است که ما هر گونه اندازه گیری، مشاهده ای داریم که به ویژگی های سه بعدی چنین حالت هیجانی حساس باشد. اساساً، این تازه آغاز راه است و این اندازه گیری زمینه جدیدی از تحقیقات را باز می کند.»

راز چگونگی شکل گیری ماده

این آزمایش در سالن آزمایش B در سال 2018-2019 با استفاده از آشکارساز CLAS12 آزمایشگاه جفرسون انجام شد. یک پرتو الکترونی با انرژی بالا به محفظه ای از گاز هیدروژن سرد شده فرستاده شد. الکترون‌ها بر پروتون‌های هدف تأثیر گذاشتند تا کوارک‌های داخل را برانگیخت و تشدید نوکلئونی را در ترکیب با حالت کوارک-آنتی کوارک – به اصطلاح مزون – ایجاد کرد.

برانگیختگی ها زودگذر هستند، اما شواهدی مبنی بر وجود خود به شکل ذرات جدیدی به جا می گذارند که از انرژی ذرات برانگیخته در حین متلاشی شدن تشکیل می شوند. این ذرات جدید به اندازه کافی عمر می کنند تا آشکارساز آنها را بگیرد تا تیم بتواند رزونانس را بازسازی کند.

دیهل و دیگران نتایج خود را به عنوان بخشی از کارگاه مشترک در مورد “کاوش ساختار تشدید با GPD های گذرا” در تاریخ 21 تا 25 اوت در ترنتو، ایتالیا مورد بحث قرار خواهند داد. این تحقیق قبلاً الهام بخش دو گروه نظری برای انتشار مقالاتی در مورد این کار بوده است.

این تیم همچنین آزمایش های بیشتری را در آزمایشگاه جفرسون با استفاده از اهداف و قطبش های مختلف برنامه ریزی می کند. با پراکندگی الکترون ها از پروتون های قطبی شده، آنها می توانند به ویژگی های مختلف فرآیند پراکندگی دسترسی پیدا کنند. علاوه بر این، مطالعه فرآیندهای مشابه، مانند تولید رزونانس در ترکیب با یک فوتون پرانرژی، می تواند اطلاعات مهم دیگری را ارائه دهد.

دیهل گفت که از طریق چنین آزمایشاتی، فیزیکدانان می توانند خواص کیهان اولیه پس از انفجار بزرگ را درک کنند.

دیهل می‌گوید: «در ابتدا، کیهان اولیه فقط کمی پلاسمای متشکل از کوارک‌ها و گلوئون‌ها داشت که به دور خود می‌چرخند، زیرا انرژی بسیار بالا بود. سپس در نقطه ای ماده شروع به شکل گیری کرد و اولین چیزهایی که شکل گرفتند حالت های نوکلئونی برانگیخته بودند. با گسترش بیشتر جهان، سرد شد و نوکلئون های حالت پایه پدید آمدند.

«با این مطالعات می‌توان با ویژگی‌های این رزونانس‌ها آشنا شد. و این به ما چیزهایی را در مورد چگونگی شکل گیری ماده در جهان و چرایی وجود جهان به شکل فعلی خود می گوید.

دیل که در لیخ آلمان به دنیا آمد، فیزیک را به عنوان وسیله ای برای درک پدیده های طبیعت و طبیعت جهان دنبال کرد. او مدرک لیسانس، فوق لیسانس و دکتری خود را در JLU Giessen دریافت کرد. او عضو همکاری‌های CLAS، PANDA، ePIC و COMPASS است و بیش از 70 نشریه با داوری مشترک را تالیف کرده است.

نوشته تامارا دیتریش

مخاطب: کندیس کارتر، دفتر ارتباطات آزمایشگاه جفرسون، kcarter@jlab.org