"Bezaubernder" Schwerer Partikel Beim Größten Atom Smasher Der Welt Entdeckt

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Der weltgrößte atomzerstörer hat ein schweres teilchen entdeckt, das als xi-cc bekannt ist und von theoretischen physikern seit jahrzehnten vorhergesagt wird.

Der weltgrößte Atomzerstörer hat eine neue Art von Teilchen offenbart und führt bisher eine bezaubernde Existenz.

Die Entdeckung des Partikels, das aus zwei sogenannten Charm-Quarks besteht, bestätigt die Vorhersagen des Standardmodells, des aktuellen Modells der Teilchenphysik.

Das neue Teilchen wurde am Large Hadron Collider (LHC) entdeckt, einem unterirdischen Ring mit einer Länge von 16 Meilen (27 Kilometer) in der Nähe von Genf (Schweiz), wo Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit heranrasten, bevor sie aufeinander treffen. Als die Protonen in einem kürzlich durchgeführten Experiment zerfallen, entstand das neue Teilchen, genannt Xi-cc-plus-plus (das "Xi" wird "ksi" ausgesprochen). [Fotos: Der weltgrößte Atomzerstörer]

Neues Mitglied des Partikelzoos

Der Xi schließt sich einer Menagerie aus anderen Teilchen an, die die Welt der Kleinsten bilden. Das Xi ist ein Baryon, dh ein Teilchen, das aus drei noch kleineren Teilchen besteht, die als Quarks bezeichnet werden. Die bekanntesten Baryonen sind Protonen und Neutronen, die den Alltag ausmachen. Quarks gibt es mittlerweile in sechs Varianten ("Flavors" genannt), und durch das Mischen und Anpassen verschiedener Aromen und Quarks werden in der Natur Baryonen mit unterschiedlichen Massen und Ladungen erzeugt. Die Quark-Aromen sind: oben, unten, oben, unten, charmant und fremdartig.

Das neu entdeckte Xi-Teilchen ist ein Schwergewicht. Es besteht aus zwei Charm-Quarks und einem Up-Quark und wiegt laut Aussage von CERN, der Europäischen Organisation für Nuklearforschung, die den LHC betreibt, 3,621 Millionen Elektronenvolt (MeV). Zum Vergleich: Ein Proton, das aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark besteht, wiegt 938 MeV. (Da Masse mit Albert Einsteins E = mc ^ 2 in Energie umgewandelt werden kann, werden die Partikelmassen in Elektronenvolt gemessen, dh wie viel Energie ihre Masse darstellt.)

Das neue, exotische Teilchen wurde nicht direkt am LHC gesehen, da es nur einen Bruchteil einer Sekunde dauert. In diesem Fall identifizierten die Forscher den Xi-cc anhand seiner Zerfallsprodukte. Der Xi zerfällt in ein Teilchen namens Lambda Baryon und drei leichtere Teilchen, das K- (oder Kaon) und zwei Pionen. [Infografik: kleinste Partikel der Natur zerlegt]

Lang gesuchte Partikel gefunden

Physiker vorhergesagt vorher die Existenz des Xi-cc, aber es war nicht klar, wie die Masse des Teilchens sein würde; niemand wusste, ob die theoretischen Vorhersagen richtig waren.

Die Theorien hatten recht, die Masse war genau das, was sie sein sollte. "Wenn es Anomalien gab, unbekannte Wechselwirkungen zwischen den Quarks, könnten sie sich als die Massen herausstellen, die von den Vorhersagen abweichen", sagte Jonathan Rosner, emeritierter Professor für Physik an der University of Chicago, der 2014 eine theoretische Masse für den Xi skizzierte.

Die Masse des Xi war ungefähr 3.621 MeV. Rosners Studie erhielt eine ziemlich nahe liegende Zahl: 3.627 MeV.

Ein früheres Experiment bei Fermilab, das sogenannte Segmented Large X Baryon Spectrometer (SELEX), hatte den Xi im Jahr 2002 gefunden, aber Rosner stellte fest, dass die Massenschätzung zu niedrig schien.

"Sie hatten eine Masse von 100 MeV unter den vernünftigen Vorhersagen", sagte Rosner gegenüber WordsSideKick.com.

Hätte der LHC eine so geringe Masse gefunden, hätte dies gezeigt, dass im Standardmodell etwas nicht stimmte, sagte Rosner. Aber das ist nicht passiert. Der Xi verhielt sich, wie Rosner vorausgesagt hatte, und das Standardmodell hat ein weiteres Experiment überlebt.

Bezaubernde Existenz

Die Entdeckung bewies auch, dass Baryonen mit zwei schweren Quarks tatsächlich existieren, was Physiker bis jetzt nicht mit Sicherheit sagen konnten, obwohl die Theorien laut CERN alle dies sollten. Frühere Experimente hatten viele Partikel mit einem schweren Quark produziert, aber niemals zwei. Baryonen wie die Xi, die zwei Zauberquarks haben, werden "doppelt bezaubert" genannt.

Im Vergleich zu den eher gewöhnlichen Cousins ​​ist das Xi eine andere, seltsame Sache: Die massiven Charm-Quarks verlassen das leichte Quark, das seine schwereren Cousins ​​"umkreist". (Streng genommen ist das nicht ganz so, wie die Dinge funktionieren, denn Quarks sind quantenmechanische Objekte, daher haben sie keine Positionen wie Bowlingkugeln, sondern verhalten sich eher wie Wellen.) In einem Proton ähneln sich die Quarkmassen, so dass sie sich umeinander bewegen.

"Im Gegensatz zu anderen Baryonen, bei denen die drei Quarks einen komplizierten Tanz umeinander ausführen, wird erwartet, dass ein doppelt schwerer Baryon wie ein Planetensystem wirkt, bei dem die beiden schweren Quarks die Rolle von schweren Sternen spielen, die sich umeinander kreisen. mit dem leichteren Quark, der sich um dieses binäre System dreht, "sagte Guy Wilkinson, ehemaliger Sprecher eines LHC-Experiments namens LHCb, in einer Erklärung.

Die Ergebnisse könnten zu neuen Erkenntnissen über die starke Wechselwirkung führen, die Kraft, die die Teilchen verbindet, sagten die Forscher.

"Die Suche nach einem doppelt schweren Quark-Baryon ist von großem Interesse, da es ein einzigartiges Werkzeug für die weitere Untersuchung der Quantenchromodynamik darstellt. Diese Theorie beschreibt die starke Wechselwirkung als eine der vier fundamentalen Kräfte", so Giovanni Passaleva, Sprecher der LHCb-Kooperation, sagte in einer Erklärung. "Solche Teilchen werden uns dabei helfen, die Vorhersagekraft unserer Theorien zu verbessern."

Die Studie mit den Ergebnissen wurde der Zeitschrift Physical Review Letters vorgelegt.

Ursprünglich auf WordsSideKick.com veröffentlicht.


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