“奇怪的”一瞥中子星和违反宇宙基本对称性

时间:2020-04-06 18:35 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

“奇怪的”一瞥中子星和违反宇宙基本对称性

超音波的RHIC测量和《;antihypertriton’结合能与质量探讨了奇异物质的相互作用,并对其进行了测试。侵犯。

来自相对论重离子对撞机(RHIC)的精确粒子探测器的新结果,使人们对中子星核心中发生的粒子相互作用有了新的认识,并使核物理学家有了寻找宇宙中违反基本对称性的新方法。刚刚发表在《自然物理》杂志上的研究结果只能在强大的离子对撞机上获得,比如美国能源部布鲁克海文国家实验室的核物理研究科学用户设施办公室的RHIC。

精确的测量结果表明,把最简单的奇异物质各组分结合在一起的结合能。原子核,即我们所知的超合子。比以前不那么精确的实验得到的结果要大。这一新的数值可能对理解中子星的性质具有重要的天体物理学意义,因为中子星上存在的粒子含有所谓的奇异物质。夸克被认为是普遍存在的。

第二项测量是寻找超滤子的质量和它的反物质——反超滤子(2010年在RHIC上发现的第一个含有反奇异夸克的原子核)之间的差别。物理学家们从未发现物质-反物质搭档之间的质量差异,所以看到其中一个将是一个重大发现。这将是证明的证据。违反本;与电荷反转、宇称(镜像对称)和时间有关的三种基本对称性的同时违反。

“奇怪的”一瞥中子星和违反宇宙基本对称性

物理学家们见过奇偶校验违逆,也见过CP违逆(两者都因布鲁克海文实验室而获得诺贝尔奖),但从未见过CPT违逆。布鲁克海文的物理学家张布许说,他是进行超合子研究的恒星实验的联合发言人。

但他说,还没有人在超滤子和反超滤子中寻找过CPT违逆现象,因为还没有人能做到这一点。

先前对最重原子核的CPT测试是由ALICE与欧洲大型强子对撞机(LHC)合作进行的,测量的是普通氦-3和安提氦-3之间的质量差异。研究结果于2015年发表在《自然物理》杂志上,并没有显示出明显的差异。

剧透警告:恒星的结果也揭示了在RHIC上探索的物质-反物质伙伴之间没有显著的质量差异,所以仍然没有CPT破坏的证据。但事实上,恒星物理学家甚至可以进行测量,这证明了他们的探测器具有非凡的能力。

奇怪的事

最简单的普通物质原子核只包含质子和中子,而这些粒子中的每一个都是由普通物质构成的。和“;down”夸克。在超三次元中,一个中子被一个叫做lambda的粒子取代,它包含一个奇怪的夸克以及普通的上下变化。

这种奇怪的物质替换在超密的碰撞条件下是很常见的。在中子星的核心,一茶匙物质的重量可能超过10亿吨。这是因为高密度使得制造奇怪夸克的能量成本比制造普通上下夸克的能量成本要低。

基于这个原因,RHIC碰撞使核物理学家们有了一种不用离开地球就能观察到遥远的星体内部亚原子相互作用的方法。而且,由于RHIC碰撞产生的超三合子和反超三合子的数量几乎相等,它们也提供了一种搜索CPT违逆的方法。

而是在每一个RHIC粒子碰撞产生的数千个粒子中找到那些稀有的粒子;每秒钟发生几千次的碰撞。这是一项艰巨的任务。这些不稳定的粒子几乎一形成就会衰变,这一事实更增加了挑战。在距离四米宽的恒星探测器中心几厘米的地方。

精度检测

幸运的是,添加到STAR中用于跟踪不同种类粒子的探测器组件使搜索变得相对容易。这些部件被称为重口味跟踪器(Heavy-Flavor Tracker)。位于离恒星探测器中心非常近的地方。它们是由DOE’伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家和工程师领导的一个明星合作者团队开发和建造的。这些内部成分使科学家们能够将每个超合子和反超合子的衰变产物所产生的轨迹与它们在碰撞区外的起始点进行匹配。

我们寻找的是我们的女儿。本粒子;在恒星外边缘撞击探测器元件的衰变产物;伯克利实验室物理学家辛东说。识别来自主碰撞区外单一点的子粒子对或三子粒子的轨迹,使科学家能够从每次RHIC碰撞中流出的其他粒子的海洋中挑选出这些信号。

然后,我们从一个衰变中计算每个子粒子的动量(根据它们在恒星磁场中弯曲的程度),并据此重建它们的质量和父超合子或反超合子粒子衰变前的质量。肯特州立大学(KSU)的德克兰·基恩解释道。他补充说,区分超滤子和反超滤子很容易,因为它们会衰变为不同的子物质。

基恩的团队,包括伊拉克利·切克贝里亚,专门通过探测器跟踪这些粒子,把这些点连接起来。徐说。他们也提供了非常需要的可视化事件。

如前所述,从多次碰撞中收集的数据显示,在物质和反物质超核之间没有质量差异,因此在这些结果中没有证据表明CPT违反。

但是,当恒星物理学家观察超合子的结合能结果时,发现它比上世纪70年代之前的测量结果要大。

恒星物理学家们通过从组成粒子的已知质量中减去它们的超合质量的值来得到结合能:氘(质子和中子的结合态)和一个lambda。

超合子的重量比它各部分的重量之和要轻,因为部分质量转化为能使三个核子结合在一起的能量。复旦大学的明星合作者陈金辉(音译)说,他的博士生刘鹏(音译)分析了大量的数据集,得出了这些结果。这种结合能实际上是对这些相互作用强度的一种测量,因此我们的新测量方法可能对理解状态方程有重要的意义。中子星,”;他补充说。

例如,在模型计算中,中子星的质量和结构取决于这些相互作用的强度。人们很有兴趣了解这些相互作用是如何发生的。一种强大力量的形式;普通核子与包含上夸克、下夸克和奇异夸克的奇异核子是不同的;陈先生说。因为这些超核包含一个lambda,这是与理论预测进行比较的最佳方法之一。它把问题简化为最简单的形式。

参考文献:超合和反超合的质量差和结合能的测量由明星合作,2020年3月9日,自然。

DOI: 10.1038 / s41567 - 020 - 0799 - 7

这项工作是由美国能源部科学办公室和STAR合作基金资助的。该团队对伯克利实验室(另一个能源部科学用户设施办公室)的国家能源研究科学计算中心和开放科学网格联盟提供的资源和支持表示感谢。

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