在大型強子對撞機的巨大能量下，強子是如何誕生的？

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】我們的世界主要由三夸克結合的粒子組成。夸克被稱為強子化的過程，至今仍未得到充分的理解。來自Cracow的核物理研究所的物理學家們，在大型強子對撞機（LHCb）的合作下，獲得了關於它的新信息，這要歸功於對大型強子對撞機中質子的高能碰撞所收集的獨特數據的分析。當質子加速到最大的能量在LHC中相互碰撞時，它們的組成粒子-夸克和膠子-創造了一個令人迷惑的中間狀態。在這種相對簡單的粒子的碰撞中，這種中間狀態會顯示出一種液體的性質，這是一種典型的複雜結構(重離子)的碰撞，這是一個很大的驚喜。

在兩個質子的碰撞過程中產生的粒子，每個質子的能量為7 TeV，由LHCb實驗的探測器在2011年對撞產生。圖片版權：CERN, LHCb

這種性質的性質表明存在一個新的物質狀態:夸克-膠子等離子體，其中夸克和膠子表現為自由粒子。這種外來液體立即冷卻。因此夸克和膠子在一種叫做哈德龍化的過程中彼此重新連接。這就是強子的誕生，粒子是兩三個夸克的結塊。由於最近對7兆電子伏特能量收集的數據進行了分析，位於Cracow的核物理研究所(IFJ PAN)的研究人員在LHCb協作中工作，獲得了質子-質子碰撞中hadronisation機制的新信息。質子對撞的主要作用是由強相互作用，量子色動力學描述的。然而在夸克-膠子等離子體冷卻過程中發生的現象，在計算上是如此複雜，直到現在還不能完全理解哈德龍化的細節。

然而這是一個關鍵的過程!正是由於這一點，在大爆炸後的第一個瞬間，形成我們日常環境的主要粒子是由夸克和膠子組成的，Marcin Kucharczyk教授(IFJ PAN)。在大型強子對撞機中，hadronisation速度極快，並且在質子碰撞點附近的極小區域內發生：它的尺寸僅能到達毫微秒，即十億分之一米。因此這一過程的直接觀察目前是不可能的。為了獲得關於它的課程的任何信息，物理學家必須接觸到各種間接的方法。一個關鍵的角色是由量子力學的基本工具：一個波函數,它的屬性是由給定類型的粒子的特徵映射(值得注意的是,儘管它是量子力學的誕生以來近100年，仍然存在各種波函數的解釋。

相同粒子的波函數會有效重疊，即相互干擾。如果它們由於干擾而增強，我們討論的是玻色-愛因斯坦關係，如果它們被抑制-費米-狄拉克相關性。博士生Bartosz Malecki解釋道：在我們的分析中感興趣的是增強，也就是玻色-愛因斯坦關係。我們正在尋找這些介子之間的介子，它們之間的方向接近於質子的碰撞光束的原始方向。這種方法最初是用於射電天文學的，被稱為HBT干涉測量法(從它的兩個創造者的名字:羅伯特漢伯裡布朗和理查德·特維)。當使用與粒子有關時，HBT干涉測量法可以確定強子化區域的大小及其隨時間的演變。它有助於提供有關的信息，例如這個區域對於不同數量的發射粒子或其不同類型是否不同。

大型強子對撞機探測器的數據使我們可以研究所謂小角度區域的哈德龍化過程，即在接近初始質子束方向的方向上產生的強子。由IFJ PAN所進行的分析表明，在大型強子對撞機的LHCb實驗所覆蓋的這個獨特區域中，描述hadronisation源的參數與從較大角度獲得的結果不同。marusz Witek教授總結道：提供這些有趣結果的分析將繼續在LHCb實驗中，用於各種碰撞能量和不同類型的碰撞結構。因此可以驗證一些描述hadronisation的模型，從而更好地理解過程本身的過程。來自IFJ PAN的團隊的工作部分是由波蘭國家科學中心的OPUS撥款資助的。Henryk Niewodniczanski核物理研究所(IFJ PAN)目前是波蘭科學院最大的研究所。鍋的廣泛的研究和活動包括基礎研究和應用研究，從粒子物理學和天體物理學。

通過強子物理、高,中期,和低能核物理,凝聚態物理(包括材料工程)，對各種方法的應用核物理的跨學科研究，涉及醫學物理學、劑量測定法、輻射、環境生物學、環境保護、和其他相關學科。在湯森路透出版的期刊引用報告中，IFJ PAN的年平均產量包含600多篇科學論文。該研究所的部分是回旋加速器中心(CCB)，它是歐洲中部的一個基礎設施，是醫學和核物理領域的臨床和研究中心。IFJ PAN是Marian Smoluchowski Krakow研究協會的成員：物質能源未來，在2012-2017年的物理學研究中擁有領先的國家研究中心(KNOW)的地位。該研究所是在科學和工程領域的一個+類別(波蘭領先水平)。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：波蘭科學院The Henryk Niewodniczanski核物理研究

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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