Yeni bir teoriye dayalı yaklaşım, protonların içindeki kuarkların enine hareketini incelemeyi mümkün kılıyor.
Nükleer fizikçiler, protonun içindeki kuarkların üç boyutlu hareketini anlamak için çok önemli bir miktarı hesaplamalarını sağlayan yeni bir teorik çerçeve geliştirdiler. Araştırmacılar, bu yenilikçi yöntemi kullanarak kuarkların enine hareketini, yani protonun spin ekseni etrafında ve ileri yönüne dik açıyla gerçekleşen hareketi çok daha kesin bir şekilde görüntülediler.
En son hesaplamalar, parçacık çarpışma verilerinden elde edilen model tabanlı rekonstrüksiyonlarla büyük ölçüde uyumludur. Bu hesaplamalar, eski tekniklerin hassasiyetinin yetersiz kaldığı düşük enine momentumlu kuarkları tanımlamada özellikle etkilidir. Bilim insanları, bu gelişmiş yaklaşımı kullanarak, gelecekteki çarpıştırıcı deneylerinde kuarkların ve onları birbirine bağlayan gluonların tam 3D davranışını daha iyi tahmin etmeyi planlamaktadır.
Proton spin kaynağını anlamak, yakında kurulacak Elektron-İyon Çarpıştırıcısı’nın (EIC) temel bilimsel hedeflerinden biridir. Bu tesiste, spin hizalı protonlar ve yüksek enerjili elektronlar arasındaki çarpışmalar, protonlar içindeki kuarkların ve gluonların enine hareketini olağanüstü bir doğrulukla ölçmeyi mümkün kılacaktır.
Bu geliştirilmiş 3D görüntüleme, kuarkların ve gluonların hareketinin protonun genel spinine nasıl katkıda bulunduğunu açıklığa kavuşturmaya yardımcı olacaktır. Yeni teorik model, çarpışma enerjisi değiştikçe kuarkların enine momentum dağılımının nasıl değiştiğini gösteren ilk güvenilir hesaplamaları sunmaktadır.
Kuarkların küçük ölçekli enine hareketleri için daha doğru tahminler sunan bu yaklaşım, kuarkların ve gluonların davranışını belirleyen güçlü kuvvet etkileşimlerinin karmaşık modellerine güvenme ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır.
Kafes QCD Kullanarak Yapılan Çığır Açan Hesaplamalar
Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki nükleer teorisyenler, proton içindeki kuarkların enine momentum dağılımının çarpışma enerjisiyle nasıl değiştiğini açıklayan bir nicelik olan Collins-Soper çekirdeğini hesaplamak için yeni bir teorik yaklaşımı başarıyla kullandılar. Ekip, 4 boyutlu uzay-zaman kafesinde kuark-gluon etkileşimlerini izleyen süper bilgisayar tabanlı simülasyonlar olan kafes kuantum kromodinamik (QCD) yöntemini kullandı.
Yeni teorik yaklaşım, ekibin kafes QCD hesaplamalarını önemli ölçüde basitleştirmesini ve kuark-gluon etkileşimlerinin güçlü ve karmaşık hale geldiği kuarkların küçük enine hareketleri için bile kesin sonuçlar elde etmesini sağladı. Kuarkların küçük enine hareketlerinin bu kadar kesin bir şekilde tanımlanması, daha geleneksel yaklaşımlar kullanan önceki kafes QCD hesaplamalarında mümkün değildi.
Düşük enine momentumlu kuarklar için elde edilen yeni sonuçlar, önceki sonuçlarla tutarlı olmakla birlikte çok daha hassastır ve belirsizlikleri önemli ölçüde daha azdır. Ayrıca, mevcut deneysel verileri açıklamak için geliştirilen modellerle de uyumludur. Bu başarılar, yeni yaklaşımın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda inşa edilen EIC ve Avrupa Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda farklı çarpışma enerjilerinde gelecekteki deneysel sonuçları tahmin etmek ve yorumlamak için kullanılabileceğini göstermektedir. Fizikçiler, bu tahminleri ve deneyleri kullanarak protonlar içindeki kuarkların küçük enine hareketleri ve bu hareketlerin proton spinine nasıl katkıda bulunduğu hakkında bilgi edinecekler.
Haberi derleyen: Elif Gül Türkmen / Eskişehir Teknik Üniversitesi / Yüksek Lisans Öğrencisi
Haberin Kaynağı: scitechdaily.com/how-do-quarks-really-move-new-theory-unlocks-decades-old-physics-mystery/
scitechdaily.com/revolutionary-calculations-unveil-the-hidden-motion-of-quarks-inside-protons
scitechdaily.com/physics-surprise-protons-are-probably-actually-smaller-than-long-thought
scitechdaily.com/large-hadron-collider-new-insight-into-the-internal-structure-of-the-proton