Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vazba kvarků do protonů, neutronů a atomových jader je tak silná, že se příslušná interakce tak rovnou jmenuje. Silná síla, jejímž nositelem jsou gluony, je však současně ze všech čtyř základních interakcí měřitelná s nejmenší přesností.
Nová studie vědců z projektu ATLAS v CERNu popisuje, jak lze pomocí bosonu Z, elektricky neutrálního nositele slabé síly, určit sílu silné interakce s dosud nejvyšší přesností, kdy míra chyby by měla být menší než 1 %.
Síla silné síly je popsána základním parametrem standardního modelu částicové fyziky, tzv. vazbovou konstantou silné interakce (strong coupling constant). Přestože se naše znalosti o této konstantě díky měřením a teoretickému vývoji v průběhu let zlepšily, její konkrétní hodnota byla dosud zatížena řádově větší nejistotou než v případě vazebních konstant ostatních základních sil. Pro srovnání, elektromagnetická síla, která je při energii zkoumané urychlovačem LHC patnáctkrát slabší než silná interakce, je známa s přesností lepší než jedna ku miliardě (billion).
Přesnější měření vazbové konstanty silné interakce je nutné pro zlepšení přesnosti teoretických výpočtů pro procesy částicové fyziky, které tuto interakci zahrnují. Výsledky mají také vztah k fundamentálním otázkám fyziky. Mohly by mít např. všechny základní síly při velmi vysoké energii stejnou hodnotu, což by naznačovalo možný společný původ? Mohly by nové, neznámé interakce modifikovat silnou interakci při určitých procesech nebo za určitých energiích?
Ve své nové studii vazebné konstanty silné interakce zkoumali vědci z projektu ATLAS bosony Z vznikající při srážkách protonů s protony ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v CERNu při energii srážky 8 TeV. Bosony Z obvykle vznikají při anihilaci dvou kvarků ve srážejících se protonech. V tomto procesu slabé interakce vstupuje do hry silná síla prostřednictvím vyzařování gluonů z anihilujících kvarků.
Toto záření dává bosonu Z impulz (moment hybnosti) kolmo k ose srážky. Velikost tohoto impulzu závisí na vazbové konstantě silné interakce. Přesné měření rozložení momentů hybností bosonů Z a jejich porovnání se stejně přesnými teoretickými výpočty tohoto rozložení pak umožňuje určit i hodnotu konstanty.
V nové analýze se tým ATLAS zaměřil na vybrané rozpady bosonu Z na dva leptony (elektrony nebo miony) a změřil hybnost bosonu Z v kolmém směru prostřednictvím jeho rozpadových produktů. Porovnání těchto měření s teoretickými předpověďmi umožnilo určit vazbovou konstantu silné interakce ve vztahu k hmotnosti bosonu Z. Výsledek zní 0,1183 ± 0,0009 (tj. přesnost na 0,8 %). Výsledek se shoduje s průměrem jiných experimentálních určení i nejmodernějších výpočtů (mřížková kvantová chromodynamika).
A precise determination of the strong-coupling constant from the recoil of Z bosons with the ATLAS experiment at √s = 8 TeV, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2309.12986
Zdroj: CERN/Phys.org, přeloženo/zkráceno
Mrzí mne, že miliarda je „bilion po americku“ a v clanku to není poznamenáno.
Mrzí mne, že se to nesjednoti, přičemž evropský způsob má logiku vzhledem k trilionu atd.
Nerozumím, jak se boson rozdělí na dva fermiony.
Boson si proniká všude, kam je „vypuštěn“, a má v sobě dva fermiony, které se nesmějí srazit s jinými fermiony?
Jak se boson rozdeli na dva fermiony? K opravdovemu pochopeni je potreba venovat tak pet let studiu kvantove teorie pole a prislusneho matematickeho aparatu. Bez toho si muzeme rikat jen podobenstvi, ktera hrube odpovidaji skutecnosti (a nesmi se pitvat do detailu, protoze ty uz skutecnosti neodpovidaji). Ale zkusim to.
Cely Vesmir je prostoupen poli elemtarnich castic – elektronovym polem, fotonovym polem, kvarkovymi poli a mimo jine i polem Z-bosonu. Castice jsou excitacemi techto poli, jakymisi vlnami na nich, ktere nesou energii. Takze Z-boson je takovou vlnou na Z-bosonovem poli. Pak toto pole reaguje s elektronovym polem (podle pravidel popsanych kvantovou terii pole a ktera se bez hlubokeho studia je tezko chapou), preda mu svou enerigi a ta vlna na Z-bosonovem poli zanikne a vzniknou dve vlny na elektronovem poli, tedy elektron a pozitron. Takze to neni tak, ze ten Z-boson ma v sobe schovane dva fermiony, pri tom rozpadu (coz je vlastne dost nestastne zvoleny zavadejici termin, ale tak uz to s terminy vzniklymi pred pochopeniim jevu proste je), ty dva fermiony vzniknou nove soucasne se zanikem Z-bosonu.