بعد نصف قرن، وجد الفيزيائيون أقوى دليل حتى الآن على جسيم “كرة الغراء” الغريبة

جزء مهم من النموذج القياسي فيزياء الجسيمات, الديناميكا اللونية الكمومية يصف التفاعل القوي بين الكواركات والجلونات لتكوين المادة العادية التي نراها ونلمسها ونتذوقها.

الكواركات هي جسيمات دون ذرية أساسية تتحد في ثلاثيات لتشكل الباريونات المألوفة مثل البروتونات والنيوترونات، والغلوونات هي “غراء الغوريلا” الكمي الذي يربط بنية الكواركات الخاصة بها معًا.

منذ ما يقرب من 50 عامًا، ظل الفيزيائيون يبحثون عن “كرات الغراء”، وهي جسيمات غريبة تنبأت بها نظرية التفاعل القوي.

الآن، يقول فريق تعاوني يعمل في مصادم في بكين إن لديه أوضح دليل حتى الآن على أن جسيمًا معروفًا يسمى X(2370) تهيمن عليه إحدى هذه الحالات المراوغة.

“إن كرة الغراء هي تنبؤ مهم للديناميكا اللونية الكمومية، وهي النظرية التي تصف التفاعل القوي، وهي أيضًا النوع الوحيد من الجسيمات في الطبيعة الذي يتكون بالكامل من وسطاء القوة”، هذا ما قاله الفريق الدولي من الباحثين الذين يقفون وراء الاكتشاف. يشرح في بيان.

قام الفيزيائيون بفحص حطام تصادمات الجسيمات عالية الطاقة للعثور على دليل قوي على ذلك غلوبول، مصنوعة في الغالب من غلوونات – حاملات القوة عديمة الكتلة للتفاعل القوي بين الكواركات.

نفس الفيزياء الأساسية تؤدي أيضًا إلى ظهور القوة القوية المتبقية الذي يربط البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، بقدر ما تحمل الفوتونات القوة الكهرومغناطيسية.

الدليل الجديد على وجود كرة الغراء الغريبة وغير المستقرة هذه يأتي من طبعة أولية حديثة arXiv، والتي قدمت في المؤتمر الدولي لفيزياء الطاقة العالية في البرازيل.

يشير تحليل الفريق إلى أن كرة الغراء هي “المكون المهيمن”من X(2370)، وهو جسيم تم اكتشافه في عام 2011 بواسطة تعاون مطياف بكين الثالث (BES III). معهد فيزياء الطاقة العالية (IHEP) في بكين.

يستخدم هذا التعاون مصادم بكين إلكترون بوزيترون II (BEPCII)، وهو مسرع ومصادم جسيمات يحطم الإلكترونات في أجسامها. المادة المضادة نظائرها، تسمى البوزيترونات، لاستكشاف فيزياء الجسيمات المحيرة.

إن كرة الغراء الناتجة هي “شكل غير مسبوق من المادة”، يقول جين شان، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة نانجينغ وأحد قادة فريق البحث.

“إنها لا تمكن النظرية التي تصف التفاعلات القوية من اجتياز اختبارها الأكثر صرامة فحسب، بل إنها توسع أيضًا بشكل كبير حدود فهمنا للعالم المادي”. قال فان تشن في جنوب الصين مورنينج بوست.

عندما تصطدم الجزيئات معًا بسرعة تقارب سرعة الضوء، فإن الانفجار التالي للحلويات دون الذرية ينتج عنه تشكيلة حقيقية من منتجات باسكن روبنز قصيرة العمر.

واحد من هؤلاء هو J/ψ (J/psi) ميسون، وهو جسيم دون ذري يخرج من الاصطدامات عالية الطاقة ويتحلل على الفور تقريبًا.

توفر هذه التحللات “واحدة من أفضل الطرق للبحث عن كرات الغراء، وكان البحث عن كرات الغراء إحدى طرق المصادم أهداف الفيزياء الأولية لعقود من الزمن”، الباحثون يقول.

سابقا، في دراسة نشرت في المجلة رسائل المراجعة البدنية وفي عام 2024، قام الباحثون بتحليل 10 مليارات من أحداث اضمحلال الميزون.

وقاموا بقياس كتلة الجسيم X(2370) وتكافؤ الدوران – وهي الخاصية التي تملي تفاعلاته واضمحلاله شبه الفوري – لأول مرة. إيجاد اتفاق كامل بين قيمها التجريبية وتوقعاتها.

الآن، حددوا أنماط الاضمحلال الإضافية الخاصة بها وحددوا طبيعة النكهة الفردية، “وهي أهم خاصية في كرة الغراء.”

بعبارات مبسطة، هذا يعني أنها لا تظهر أي تفضيل للأنواع الستة، أو النكهات، للكواركات – تخيل ساقيًا يفشل في التمييز بين شكل الفاكهة المحدد لآيس كريم توتي فروتي، في سياق أكثر عامية.

هناك حاجة إلى مزيد من التجارب لتأكيد وتقييد النماذج الأولية للكرة الغراء الباطنية للغاية؛ وبعبارة أخرى، المزيد من تحطيم الجسيمات.

في الوقت الحالي، استبعد الباحثون بشكل أساسي أي تفسيرات بديلة أخرى، بناءً على كيفية مقارنة قياساتهم لـ X(2370) بالتنبؤات النظرية.

ومع ذلك، فإن هذا الاكتشاف يوضح طبيعة الجسيم الغريب تمامًا عن أحاسيسنا اليومية وملاحظاتنا عن العالم الكبير.

كما أنه يسلط الضوء على التقدم التكنولوجي والتقنيات التحليلية التي كشفت مؤخرًا عن لغز فيزيائي آخر استغرق عقودًا من الزمن.

متعلق ب: بعد 50 عامًا، وجد الفيزيائيون أدلة قوية على ما يجمع المادة معًا حقًا

لذا، من يدري ما هي الوحشية التي ستظهر مع تكثيف البشرية لقدراتها التصادمية تحطيم الجسيمات من الجيل التالي.

المؤلفون يصف يعتبر عملهم أوضح نتيجة تجريبية ظهرت بعد ما يقرب من 50 عامًا من عمليات البحث في كرة الغراء، مما يدعم التنبؤ النظري طويل الأمد بأن الغلوونات يمكن أن ترتبط معًا لتكوين شكل جديد من المادة.

هذا البحث متاح كطبعة أولية على arXiv.