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物理领域的突破性进展,最近研究人员精确地测量了强相互作用

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  利用来自欧洲核子研究中心大型强子对撞机ALICE探测器的碰撞数据,一个质子(右)和最罕见的ω超子(左)之间的强烈相互作用(ω超子包含三个奇怪的夸克)被成功地测量出来了。

  原子核中带正电荷的质子实际上应该相互排斥。然而,即使是带有许多质子和中子的重原子核也会“粘”在一起,这就是所谓的强相互作用。利用日内瓦欧洲核子研究中心ALICE实验中的粒子碰撞,慕尼黑工业大学的劳拉·法比比蒂教授和她的研究小组已经开发出一种精确测量强相互作用的方法。

  强相互作用是物理学中四大基本力之一。它是由几个质子和中子组成的原子核存在的主要原因。质子和中子是由更小的粒子组成的,也就是所谓的夸克。它们也是通过强烈的相互作用结合在一起的。

  

  作为日内瓦欧洲核子研究中心ALICE项目的一部分,慕尼黑工业大学的劳拉·法比比蒂教授和她的研究小组现在已经开发出一种方法,可以高精度地确定作用在质子和超子(由所谓奇异夸克组成的不稳定粒子)之间的力。

  这些测量不仅是核物理领域的突破性进展,也是理解中子星的关键,中子星是宇宙中最神秘、最迷人的物体之一。

  理论与实验的比较

  今天在核物理学中最大的挑战之一是从基本原理出发理解不同夸克之间的强相互作用。强相互作用理论可以用来确定相互作用的强度。然而,这些计算并没有为带有上下夸克的普通核子提供可靠的预测,而是为包含重夸克的核子,例如包含一个或多个奇异夸克的超子提供可靠的预测。

  

  由于超子是不稳定的粒子,在产生后会迅速衰变,因此要用实验来确定强相互作用是极其困难的。到目前为止,这一困难阻碍了对理论和实验进行有意义的比较。法比比蒂教授采用的研究方法现在开启了一扇大门,可以对大型强子对撞机的强子动力学进行高精度研究。

  四年前,在ALICE实验中,法比比蒂教授提议使用一种名为飞秒复制的技术来研究强相互作用。这项技术允许研究质子的大小范围内的强相互作用。与此同时,法比比蒂教授不仅成功地分析了大部分超子—核子组合的实验数据,还成功地测量了所有超子中最稀有的ω强相互作用。此外,该小组还开发了自己的框架,能够产生理论预测。

  法比耶蒂教授说:“我的团队在大型强子对撞机上为核物理学开辟了一条新途径,其中包括了所有类型的夸克,达到了迄今为止意想不到的精确度。”现在发表在《自然》杂志上的这项研究只是首次测量到的许多相互作用中的一部分。

  中子星包含超子吗

  理解超子与核子之间的相互作用,对于检验中子星是否含有超子的假设也是极其重要的。粒子之间存在的力对中子星的大小有直接影响。到目前为止,中子星的质量和半径之间的关系是未知的。因此,在未来,法比耶蒂教授的工作也将有助于解开中子星之谜。

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