Evidence of isospin-symmetry violation in high-energy collisions of atomic nuclei
Pierwotnie izospin został zaproponowany w pierwszej połowie XX wieku jako sposób rozróżnienia protonów i neutronów obecnych w jądrze atomowym. Tzw. symetria izospinowa pozwala traktować te dwie cząstki jako nukleony w ramach oddziaływań silnych. Rozwój chromodynamiki kwantowej (teorii oddziaływań silnych) w drugiej połowie XX wieku umożliwił ich rozróżnienie na podstawie odmiennej struktury kwarkowej. Niemniej jednak sama symetria izospinu pozostała istotnym elementem teorii oddziaływań silnych, pozwalając traktować lekkie kwarki u i d (stanowiące podstawowe składniki znanej materii we Wszechświecie) jako równoważne. Dzięki temu może być ona stosowana do opisu własności hadronów zbudowanych z tych kwarków, takich jak lekkie piony czy kaony. Jednym z podstawowych przewidywań symetrii izospinowej jest to, że w zderzeniach o takiej samej liczbie kwarków u i d (czyli odpowiadającej tej samej liczbie protonów i neutronów) cząstki podlegające tej symetrii powinny być produkowane w równych ilościach. W przypadku kaonów oznacza to, że w zderzeniu symetrycznym - przy zachowaniu symetrii izospinowej - powinna powstawać taka sama liczba kaonów naładowanych i neutralnych.
W niniejszej pracy przedstawiamy pomiar stosunku liczby wyprodukowanych kaonów naładowanych do neutralnych w zderzeniach jąder argonu ze skandem przy energii zderzenia na parę nukleonów wynoszącej 11,9 GeV zmierzony w eksperymencie NA61/SHINE w CERN. Modele produkcji hadronów nie są w stanie wyjaśnić zaobserwowanego stopnia naruszenia symetrii izospinu. Efekt ten, przy uwzględnieniu danych z innych eksperymentów (choć obarczonych większymi niepewnościami), osiąga poziom istotności statystycznej równy 4,7σ. Wynik ten wskazuje na nietrywialne zachowanie materii w badanych warunkach i podkreśla potrzebę prowadzenia systematycznych pomiarów o wysokiej precyzji, a także dalszych prac teoretycznych w celu wyjaśnienia źródła obserwowanego silnego naruszenia symetrii izospinowej.
Artykuł:
Nature Communications
Autorzy z PW:
Wojciech Bryliński, Katarzyna Grebieszkow, Marcin Słodkowski, Angelika Tefelska, Dariusz Tefelski, Maja Maćkowiak-Pawłowska, Justyna Cybowska
Dyscyplina:
Rok wydania: