Máy dò CMS đăng ký mối tương quan lượng tử của meson pi • Igor Ivanov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • LHC, Máy dò CMS, Thuộc tính Hadron, Vật lý

Máy dò CMS đăng ký mối tương quan lượng tử của meson pi

Hình 1. Nhiều chương trình sản xuất hạt trong sự va chạm của hai proton năng lượng cao. Nếu không có mối tương quan lượng tử, các hạt của một loại (được hiển thị mũi tên màu đỏ) sẽ bay ở góc tùy ý, không liên quan (hình ảnh hàng đầu). Trên thực tế, nhờ vào các tương quan Bose-Einstein, các hạt của một loại boson thích bay theo hướng gần (hình dưới). Mũi tên màu xám các hạt của tất cả các giống khác được thể hiện. Sức mạnh của các mối tương quan trong những con số này là hypertrophied cho rõ ràng. (Hình I. Ivanova.)

Các hạt cơ bản giống hệt nhau sinh ra trong va chạm năng lượng cao giúp hoặc ngăn chặn lẫn nhau bay ra theo cùng một hướng, tùy thuộc vào việc chúng là boson hay fermion. Hiệu ứng lượng tử này trong hành vi của meson pi hiện được đo tại LHC.

Trong giai đoạn đầu của Large Hadron Collider, va chạm proton xảy ra rất hiếm khi. Trong khi số liệu thống kê tích luỹ quá nhỏ cho một nghiên cứu chi tiết về sự phát hiện hay khám phá của các hạt cơ bản mới, các nhà vật lý chủ yếu nghiên cứu các đặc tính chung của sự sinh đa hạt trong va chạm proton-proton – bao nhiêu hạtsinh ra khi chúng được phân bố ở tốc độ, vì chúng tương quan với nhau.

Một trong các mục trong danh sách đo lường này là quan sát. Mối tương quan Bose-Einstein giữa các meson pi rời khỏi va chạm theo cùng một hướng. Như một quy luật, trong va chạm proton-proton ở năng lượng cao, vài chục hadron được sinh ra bay theo các hướng khác nhau (chủ yếu, chúng là các hadron nhẹ nhất – các meson pi dương, âm và trung tính). Sự sinh nở của chúng hầu như độc lập với nhau trong quá trình hóa trị của một "bong bóng" quark-gluon siêu nóng đã xuất hiện tại nơi va chạm của các proton. Kết quả là, các hạt sinh ra có thể bay ở các góc khác nhau và với các xung khác nhau.

Tuy nhiên, hình ảnh này sẽ thay đổi một chút, với thực tế là các meson pi là boson. Tài sản lượng tử này có nghĩa là các meson pi "thích" gần nhau hơn. Do tính chất này, nó chỉ ra rằng hai (hoặc nhiều hơn) meson pi cùng điện tích bay xấp xỉ theo cùng một hướng và với xung tương tự thường xuyên hơn so với sinh hoàn toàn độc lập của chúng (xem Hình 1).Chúng tôi nhấn mạnh rằng hiệu ứng này chỉ hoạt động đối với các hạt giống hệt nhau; không có khuếch đại cho meson pi của các chi phí khác nhau hoặc cho các hạt khác nhau của cùng một khoản phí được quan sát thấy. Hiệu ứng này là xác minh trực tiếp thực tế là meson pi là boson.

Bằng cách này, laser cũng làm việc do hiệu ứng này, mặc dù nhân khuếch đại bên trong bộ cộng hưởng. Các photon cũng là boson, và nếu một nguyên tử vật chất là “sẵn sàng” để phát ra photon của nó, thì nó rất có khả năng sẽ làm theo một hướng mà trong đó nhiều photon đang bay.

Hiệu ứng được mô tả ở trên lần đầu tiên được đăng ký hơn 50 năm trước và kể từ đó đã được kiểm tra nhiều lần tại các máy va chạm khác nhau. Việc đăng ký của anh tại LHC cũng được quan tâm. Độ lớn của các tương quan lượng tử như vậy sẽ thay đổi theo năng lượng va chạm và với số lượng hạt được tạo ra, do đó phép đo của nó sẽ hữu ích cho việc tinh chỉnh các mô hình lý thuyết về sản xuất đa hạt nhân.

Một ngày khác trong kho lưu trữ bản in điện tử xuất hiện một bài báo của sự cộng tác CMS, báo cáo về phép đo đầu tiên về những mối tương quan này tại Large Hadron Collider. Thống kê cho phân tích này được thu thập trong tháng 12 năm 2009 – 270 nghìn sự kiện đã được sử dụng trong phân tích với năng lượng 0,9 TeV và 13 nghìn.các sự kiện với năng lượng 2,36 TeV đã được chọn trước.

Cần lưu ý rằng, cũng như bất kỳ phép đo nào khác trong vật lý hạt, cần thận trọng khi phân tích các dữ liệu này. Bất kỳ công cụ nào, bao gồm máy dò, giới thiệu các biến dạng của riêng nó và có lỗi riêng. Tuy nhiên, nhờ vào những phiên đầu của công trình vật lý của tất cả các sự cộng tác, các đặc điểm cụ thể của máy dò của họ đã được hiểu rõ.

Ngoài ra, trong chiều hướng này, cần phải loại bỏ rõ ràng hai hiệu ứng vật lý có thể bóp méo sự diễn giải chính xác của dữ liệu. Hiệu ứng đầu tiên là lực đẩy điện của các điện tích giống nhau, được trải qua bởi hai meson pi giống hệt nhau, đi theo cùng một hướng. Hiệu ứng này dẫn đến việc làm mờ rõ ràng sự phân bố theo thời gian tương đối, không liên quan đến các tương quan Bose-Einstein. May mắn thay, hiệu ứng này được tính toán dễ dàng và có thể được "trừ" từ dữ liệu.

Hiệu ứng thứ hai liên quan đến sự phát xạ meson pi với các điện tích ngược lại (quá trình này đóng vai trò như một “tiêu chuẩn” của sự sinh không tương quan).Các cặp như vậy có thể được sinh ra không chỉ độc lập, mà còn là kết quả của sự phân rã của một số hạt khác, ví dụ, các meson ro. Trong trường hợp này, các meson pi của một dấu khác sẽ tự động bay gần nhau, mặc dù không có mối tương quan Bose-Einstein giữa chúng. Tuy nhiên, một cơ chế như vậy chỉ hoạt động trong một “cửa sổ” hẹp của các xung tương đối giữa các hạt, và do đó, để loại bỏ hiệu ứng không mong muốn này, đủ để không bao gồm các vùng xung kích “nguy hiểm” trong phân tích.

Hình 2 Sự khuếch đại tần số phát xạ của các cặp meson pi so với trường hợp không tương quan phụ thuộc vào giá trị của Q, đặc trưng cho động lượng tương đối của cặp. Hình từ bài viết được thảo luận về sự cộng tác của CMS

Sau khi tính tất cả các hiệu ứng và sai sót này, hóa ra khi động lượng tương đối của cặp pi-meson nhỏ hơn 100 MeV, tần số phát xạ của meson pi cùng điện tích tăng khoảng 50-70% so với phát xạ không tương quan (xem Hình 2). Các thông số của tăng cường này được đo cho các nguồn năng lượng khác nhau và cho các số lượng hạt khác nhau được tạo ra. Những kết quả này (cùng với các kết quả trong tương lai với tổng năng lượng 7 TeV) sẽ cung cấp cho các nhà lý thuyết thông tin mới về cách thức sản xuất khối lượng của các hạt diễn ra trong quá trình hadronization ở các nguồn năng lượng không có trước đây.

Nguồn:
1) Hợp tác CMS.Đo đạc hiệu chỉnh Bose-Einstein với dữ liệu CMS đầu tiên // bản in trước arXiv: 1005.3294 [hep-ex].
2) A. Gideon. Phép đo giao thoa Bose-Einstein và Fermi-Dirac trong Vật lý hạt // Đại diện Prog. Phys. 66, 481 (2003) – xem lại bài báo về sự tương quan của các hạt giống hệt nhau trong thí nghiệm gia tốc. Toàn bộ văn bản có sẵn miễn phí trong kho lưu trữ bản in điện tử.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: