Eine abstrakte Darstellung des Urknalls. gremlin / iStock
Nur Millionstel Sekunden nach dem Urknall war alles im bekannten physikalischen Universum in Bewegung. Der Kosmos war bereits voll von einem Billionen-Grad-Plasma aus Quarks und Gluonen, Elementarteilchen, die nur für vergleichsweise kurze Zeiträume existiertenvor dem Abkühlen und der Umwandlung in stabilere Partikel.
Aus diesen entstanden die Neutronen und Protonen, aus denen unsere heutige konventionelle Materie besteht. Aber bevor sie abkühlten, kollidierte ein winziger Bruchteil dieser Gluonen und Quarks zufällig und bildete „X“-Partikel, die nicht lange bestehen.
Und trotz der Seltenheit dieser mysteriösen, unbekannten Partikelstrukturen haben MIT-Wissenschaftler, die mit CERN zusammenarbeiten, laut einer kürzlich durchgeführten Studie Beweise für X-Partikel im Quark-Gluon-Plasma gefunden, das vom Large Hadron Collider LHC erzeugt wird.veröffentlicht in der Zeitschrift Physische Überprüfungsschreiben.
Und dies „ist erst der Anfang der Geschichte“, sagte Yen-Jie Lee, Hauptautor der Studie und 1958 außerordentlicher Professor für Physik für Karriereentwicklung am MIT in eine Pressemitteilung . Entscheidend ist, dass dies die erste Gelegenheit für Wissenschaftler sein könnte, die X-Teilchen im Detail zu untersuchen und sich ein besseres Bild vom Urknall zu machen.
Die Struktur von Partikeln aus dem Urknall
X-Partikel sind selten, weil wir nicht jeden Tag einen Urknall sehen. Aber Physiker glauben, dass sie vermutet haben, dass sie durch einen Prozess namens Quark-Koaleszenz in Teilchenbeschleunigern entstehen würden, wenn hochenergetische Kollisionen zu Plasmablitzen führen, die emulieren könntendie chaotischen, rauen Bedingungen des skrupellos jungen Universums. Und jetzt haben die MIT-Physiker am Labor für Nuklearwissenschaft der Institution und an anderen Orten Beweise dafür entdeckt, dass X-Teilchen im LHC am CERN in Genf, Schweiz, produziert werden können.
Die Entdeckung wurde durch maschinelle Lerntechniken erreicht, die es den Physikern ermöglichten, mehr als 13 Milliarden Schwerionenkollisionen zu analysieren, die alle dann Zehntausende geladener Teilchen erzeugten. Und bei der Untersuchung dieses ultradichten, hochenergetischen Cocktailsdie MIT-Forscher fanden ungefähr 100 X-Partikel, insbesondere die Art X 3872, die nach der geschätzten Masse des Partikels benannt wurden. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler erfolgreich X-Partikel in diesem nachgewiesen haben.Quark-Gluon-Plasma auf eine Weise, von der Wissenschaftler glauben, dass sie ihre mysteriöse Struktur enthüllen könnte.
Das X-Partikel könnte ein ganz neues Teilchen sein
„Wir haben gezeigt, dass wir ein Signal finden können“, sagte Lee, der Hauptautor, in der Pressemitteilung. „In den nächsten Jahren wollen wir das Quark-Gluon-Plasma verwenden, um die innere Struktur des X-Teilchens zu untersuchen, daskönnte unsere Ansicht darüber verändern, welche Art von Material das Universum produzieren sollte." Die Co-Autoren der Studie sind Teil der CMS Collaboration, die ein internationales Team von Wissenschaftlern umfasst, die daran arbeiten, Daten von einem der Teilchendetektoren des LHC, genannt Compact Muon, zu sammelnMagnet.
Das wissen wir schon langeNeutronen und Protonen umfassen die Grundbausteine von Atomen und Materie. Aber diese bestehen wiederum aus drei Quarks, die sehr eng miteinander verbunden sindoder drei Quarks", sagte Lee in der Pressemitteilung. Seit X 3872 2003 während des Belle-Experiments in Japan entdeckt wurde, haben Wissenschaftler spekuliert, dass X 3872 entweder ein kompaktes Tetraquark oder eine völlig neue Art von istMolekül, das aus Mesonen stammt, anstelle von Atomen, von denen das erstere zusammengesetzt aus zwei Quarks. „Derzeit stimmen unsere Daten mit beiden überein“, erklärte Lee. Vorerst sind noch einige Jahre an Studien erforderlich, um zwischen beiden Szenarien zu unterscheiden und „unseren Blick auf die Arten von Partikeln zu erweitern, die in der Frühzeit reichlich produziert wurdenUniversum."