Proton spin krizi - Proton spin crisis - Wikipedia

Soru, Web Fundamentals.svgFizikte çözülmemiş problem:
Kuarklar ve gluonlar protonların dönüşünü nasıl taşırlar?
(fizikte daha çözülmemiş problemler)

proton spin krizi (bazen "proton spin bulmacası" olarak da adlandırılır), 1987'deki bir deneyle ortaya çıkan teorik bir krizdir.[1] hangi dönüş konfigürasyonunu belirlemeye çalıştı proton. Deney, Avrupa Müon İşbirliği (EMC).[2]

Fizikçiler, kuarklar tüm protonu taşı çevirmek. Bununla birlikte, yalnızca kuarklar tarafından taşınan toplam proton dönüşü% 100'den çok daha küçük olmakla kalmadı, bu sonuçlar neredeyse sıfır ile tutarlıydı (% 4–24[3]) kuarklar tarafından taşınan proton spini. Bu şaşırtıcı ve şaşırtıcı sonuç, "proton spin krizi" olarak adlandırıldı.[4] Sorun önemli olanlardan biri olarak kabul edilir fizikte çözülmemiş problemler.[5]

Arka fon

Anahtar bir soru, nükleonun dönüşünün bileşenleri arasında nasıl dağıtıldığıdır. Partonlar (kuarklar ve gluon ). Protonun spininin bileşenleri, açısal momentumun bireysel kaynaklarının beklenti değerleridir. Bu değerler şunlara bağlıdır: yeniden normalleştirme ölçek, çünkü operatörleri ayrı olarak korunmuyor.[6] Fizikçiler ilk başta kuarkların tüm nükleon spinini taşıdığını bekliyorlardı.

Bir proton, üç değerlik kuarkından (iki yukarı kuarklar ve bir aşağı kuark ), sanal gluonlar ve gerçek (veya deniz) kuarklar ve antikuarklar (sanal parçacıklar protonun kuantum sayılarını etkilemez). Hakim hipotez, proton kararlıdır, o zaman mümkün olan en düşük enerji seviyesinde var olur. Bu nedenle, kuarkın dalga fonksiyonu küresel olarak simetrik mi s dalgası açısal momentuma hiçbir uzamsal katkı olmadan. Proton, her bir kuarkı gibi, bir spin 1/2 parçacığıdır. Bu nedenle, kuarklardan ikisinin spinlerinin protonlara paralel olduğu ve üçüncü kuarkın spininin ters olduğu varsayıldı.

Deney

Bu EMC deneyinde, polarize proton hedefinin kuarkı polarize bir müon ışın ve kuarkın anlık dönüşü ölçüldü. Polarize bir proton hedefinde, tüm protonların dönüşü aynı yönü alır ve bu nedenle üç kuarktan ikisinin dönüşünün iptal olması ve üçüncü kuarkın dönüşünün protonun dönüşü yönünde polarize olması bekleniyordu. Bu nedenle, kuarkların dönüşünün toplamının protonun dönüşüne eşit olması bekleniyordu.

Bunun yerine deney, protonun dönüş yönünde spinli kuark sayısının, dönüşü ters yönde olan kuarkların sayısıyla neredeyse aynı olduğunu buldu. Bu proton spin krizidir. Daha sonraki deneylerde de benzer sonuçlar elde edildi.[7]

Son iş

2008 yılında yapılan bir çalışma, protonun dönüşünün yarısından fazlasının kuarklarının dönüşünden geldiğini ve eksik dönüşün kuarkların yörüngesi tarafından üretildiğini göstermektedir. açısal momentum.[8] Bu çalışma, diğerleriyle birlikte göreceli etkiler kullanır. kuantum kromodinamik özellikleri ve deneysel verilerle tutarlı olan genel bir uzamsal açısal momentuma nasıl indirgendiğini açıklar. Bir 2013 çalışması, kafes QCD kullanılarak gluon sarmallık katkısının nasıl hesaplanacağını göstermektedir.[9] Son Monte Carlo hesaplama, proton dönüşünün% 50'sinin gluon polarizasyonundan geldiğini göstermektedir.[10] 2016 sonuçları RHIC gluonların kuarklardan daha fazla proton dönüşü taşıyabileceğini gösterir.[11]

Referanslar

  1. ^ Ashman, J .; Badelek, B .; Baum, G .; Beaufays, J .; Bee, C.P .; Benchouk, C .; et al. (1988). "Derin esnek olmayan müon-proton saçılmasında spin asimetrisinin bir ölçümü ve g1 yapı fonksiyonunun belirlenmesi". Fizik Harfleri B. Elsevier BV. 206 (2): 364–370. Bibcode:1988PhLB..206..364A. doi:10.1016/0370-2693(88)91523-7. ISSN  0370-2693.
  2. ^ Ashman, J .; EMC İşbirliği (1988). "Derin esnek olmayan müon-proton saçılmasında spin asimetrisinin bir ölçümü ve g1 yapı fonksiyonunun belirlenmesi" (PDF). Fizik Harfleri B. 206 (2): 364. Bibcode:1988PhLB..206..364A. doi:10.1016/0370-2693(88)91523-7.
  3. ^ "Bilim adamları nihayet proton dönüşünün nereden geldiğini anlamanın eşiğine geldi mi?".
  4. ^ Londergan, J.T. (2009). "Nükleon Rezonansları ve Kuark Yapısı". Uluslararası Modern Fizik Dergisi E. 18 (5–6): 1135–1165. arXiv:0907.3431. Bibcode:2009IJMPE..18.1135L. doi:10.1142 / S0218301309013415. S2CID  118475917.
  5. ^ Hansson, Johan (Temmuz 2010). "Proton Spin Krizi" - Bir Kuantum Sorgusu " (PDF). Fizikte İlerleme. Arşivlenen orijinal (PDF) 2012-05-04 tarihinde.
  6. ^ Ji, Xiangdong; Yuan, Feng; Zhao, Yong (2020-09-02). "30 yıl sonra proton dönüşü: ne biliyoruz ve ne bilmiyoruz?". arXiv:2009.01291 [hep-ph ].
  7. ^ Jaffe, R. (1995). "Proton dönüşünü gerçekten nereden alıyor?" (PDF). Bugün Fizik. 48 (9): 24–30. Bibcode:1995PhT .... 48i..24J. doi:10.1063/1.881473. Arşivlenen orijinal (PDF) 2016-04-16 tarihinde. Alındı 2013-02-11.
  8. ^ Thomas, A. (2008). "Protonda Spin ve Yörüngesel Açısal Momentumun Etkileşimi". Fiziksel İnceleme Mektupları. 101 (10): 102003. arXiv:0803.2775. Bibcode:2008PhRvL.101j2003T. doi:10.1103 / PhysRevLett.101.102003. PMID  18851208. S2CID  18761490.
  9. ^ Ji, Xiangdong; Zhang, Jian-Hui; Zhao, Yong (2013-09-10). "Proton Spinine Gluon-Helisite Katkısının Fiziği". Fiziksel İnceleme Mektupları. 111 (11): 112002. arXiv:1304.6708. Bibcode:2013PhRvL.111k2002J. doi:10.1103 / PhysRevLett.111.112002. PMID  24074075. S2CID  38560063.
  10. ^ Bas Steven D. (2017-03-06). "Bakış Açısı: Protonda Gluon Döndürmek". Fizik. 10. doi:10.1103 / Fizik.10.23.
  11. ^ Walsh, Karen Mcnulty (2016-02-16). "Fizikçiler, gluonların proton dönüşüne katkısına odaklanıyor". Phys.org.

Dış bağlantılar