跳到主要内容

主题

粒子与相互作用

粒子与相互作用

首次测量了反质子之间的强相互作用

05 Nov 2015
相反的吸引:反质子彼此吸引,就像质子一样

通过检查接近光速的金离子碰撞的后果,一个国际物理学家团队首次测量了反质子对之间的强相互作用。研究人员发现,在很短的距离内,反质子–质子的反粒子–就像质子一样互相吸引。虽然可以预期得到此结果,但它应该可以使我们更好地了解如何将反核结合在一起。它还进一步强化了电荷,奇偶校验和时间反转(CPT)对称性是自然界的基本对称性的观点。

强烈的相互作用将质子和中子在原子核中结合在一起,并且还负责将构成质子,中子和其他重子的夸克粘合在一起。在很短的距离处,强力具有吸引力,并且比电磁力要强大得多,电磁力往往会使质子分开。

最新的实验是由STAR合作在布鲁克海文国家实验室进行的’相对论重离子对撞机(RHIC)。除了证明反质子之间的作用力很吸引人外,研究小组还能够测量另外两个重要参数–相互作用的散射长度和有效范围。

It’是我们认为自然遵守的镜子
伊利诺伊理工学院的Daniel Kaplan

布鲁克海文’s 唐爱红 解释说,团队期望相互作用是CPT对称的,这意味着反质子的行为与质子相同。 CPT对称性意味着,如果您切换粒子的电荷和奇偶校验并反转时间,则所有物理定律都将保持不变。 “It’是我们认为自然遵守的镜子,” says 丹尼尔·卡普兰 没有参与这项工作的美国伊利诺伊理工学院的研究员。迄今为止,尚无任何实验违反CPT对称性,物理学家目前将其视为“an 文章 of faith”, he adds.

卡普兰说,研究人员没有发现违反CPT的行为不足为奇,因为传统观点认为,如果存在违反CPT的行为,它们应该比强大的力量弱得多。这意味着,如果STAR希望揭示违规情况,则必须进行更精确的测量。“这将是一些超小互动,如此微弱以至于我们没有’t noticed it before,” Kaplan says. “强大的力量是最强大的力量。如果您想象某种新的机制导致违反CPT的行为,而以前的实验从未见过,那么它又有多大又足以成为强大力量的重要组成部分?”

路灯柱搜寻

Kaplan解释说,尽管结果并非开创性的,但再次进行CPT对称性的实验确认是有用的。他以这种方式描述了寻找违反CPT的行为:“假设您在晚上丢失了钥匙。你要去哪里一个正常的人会说‘I’d看看我认为我将它们放在哪里。’但是科学家会说‘Let’看在灯柱下,因为那里’那里真的很亮。’.”STAR合作组织寻找CPT违规行为,至少有机会看到它们。

唐说,进行测量是一场数字游戏。研究小组通过观察反质子的签名得出了结果–500中的反质子相互作用 million gold–离子碰撞。该团队还对质子进行了类似的测量–质子相互作用。反质子很难产生,而且由于它们会与常规质子an灭而产生光子,因此它们也不会徘徊。 RHIC每次碰撞都会产生数千个粒子,但只有3个–其中4%是反质子。

有用的参数

这一最新结果还将帮助物理学家了解反核如何结合在一起。这样的实验测量可用于描述强相互作用的理论量子色动力学(QCD)。仅仅从理论上很难使用QCD来计算强力,并且反质子相互作用的这种测量可以用作计算中的参数。

另外,通过研究反核如何结合在一起,物理学家可以学习如何制造更重的反物质核。已经生产了几种类型的反核。这些包括抗tri–它是一个与两个反中子结合的反质子,而antihelium-4(与两个反中子结合的两个反质子)。但是,唐说,物理学家距离为任何实际用途生产反物质还有很长的路要走。

该研究描述于 性质.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者