Protón je zložený z troch kvarkov. To, čo ich drží pohromade, je silná interakcia.
| F = C * | q1 * q2 r2 |
| F = G * | m1 * m2 r2 |
Predstavujú veľkosť elektromagnetickej a gravitačnej interakcie a ponúkajú spôsob prevedenia interakcie na meranie sily.
Konštanty C a G umožňujú meranie veľkosti interakcie medzi makroskopickými objektmi ako sú magnety a planéty. V strašidelnom kvantovom svete, kde interakcie medzi časticami hmoty sú prenášané časticami - nosičmi interakcií, používajú fyzici na popis veľkosti interakcie to, čo nazývajú fundamentálne väzbové konštanty. Tieto väzbové konštanty sú veľmi dôležité, pretože odhaľujú vlastnú, základnú, povahu interakcie. Ich zmeranie nás môže tiež preniesť späť ku vzniku času, ako uvidíš neskôr.
V tomto druhom projekte budeš merať veľkosť silnej interakcie, ktorá udržuje kvarky pohromade vo vnútri protónov, neutrónov a všetkých ostatných častíc, vytvorených z kvarkov. Tak ako elektromagnetická sila, aj silná interakcia pôsobí medzi nábojmi. Tie však nie sú podobné elektrickým nábojom elektromagnetickej interakcie, ale niečomu inému, čo fyzici nazývajú farebný náboj.
Na rozdiel od elektrického náboja, ktorý vystupuje ako kladný a záporný, farebný náboj vystupuje v troch druhoch, ktoré fyzici nazývajú červený, modrý a zelený. Iba kvarky a gluóny, ktoré medzi nimi pôsobia, nesú farebný náboj, a preto sú kvarky jediné častice hmoty, ktoré cítia silnú interakciu.
Určite každý vie, že ak dá dokopy veľké množstvo elektrických nábojov, vyletí iskra. Predstav si blesk. Tak prečo sme potom ešte nikdy nevideli žiadnu farebnú iskru? Dôvod je ten, že všetky zložené častice vytvorené z kvarkov, ako protóny a neutróny sú farebne neutrálne. Obsahujú buď po jednom kvarku z každej farby (sčítaním červenej, modrej a zelenej dostaneš bielu), alebo kvark a antikvark, nesúce farbu a jej antifarbu. To znamená, že koncentrácia iba jedinej farby neexistuje. Požiadavka prírody, aby všetky zložené častice boli farebne neutrálne, je dôvodom, prečo sme nikdy nepozorovalisamotné kvarky vylietajúce z rozdadov Z-častice, ale namiesto toho, sme videli jety zložených častíc.
Protón je zložený z troch kvarkov. To, čo ich drží pohromade, je silná interakcia.
Silná interakcia pôsobí počas rozpadov Z-častice na kvark-antikvarkový pár. Ale nikdy sme skutočne nevideli kvarky a antikvarky samotné, pretože príroda je dosť tajnostkárska a zakázala kvarkom existovať vo forme voľných, neviazaných častice. To čo sa deje, keď kvark a antikvark letia od seba, je, že silná interakcia medzi nimi sa viac a viac zosilňuje, až kým sa napokon vytvoria nové častice, pretože energia uložená v interakcii sa skoncentruje do hmoty. Čo napokon pozorujeme v časticových detektoroch je spŕška alebo "jet" častíc. Predstav si kvark a antikvark letiaci navzájom od seba ako strunu stále sa viac a viac napínajúcu. Čím viac sa kvark a antikvark od seba vzdiaľujú, tým väčšia sila medzi nimi pôsobí, až kým sa napokon struna pretrhne. Ale keď to nastane, tak budeš mať dve dobré struny namiesto zlomených kúskov! Na LEP-e je energia taká vysoká, že rozťahovanie struny má za následok vznik 20 a viac dobrých strún, letiacich po celom priestore! To je dôvod vzniku jetových štruktúr pri rozpadoch Z-častice na kvark-anrikvarkové páry.
Poväčšine kvark-antikvarkový pár dáva vznik dvom oproti sebe letiacim jetom. Ale ak je zahrnutý ešte jeden gluón, ten sformuje tretí oddelený jet častíc. Event má potom troj-jetovú štruktúru. Fyzici niekedy nazývajú takéto prípady zrážok "Mercedes" eventy. Jet pochádzajúci od gluónu môže byť často rozpoznaný, pretože je vo všeobecnosti menej energetický než ostatné dva. Ak je zahrnutých viac gluónov, event bude mať štyri alebo dokonca päť jetov. Keďže pravdepodobnosť klesá s počrom jetov, to nám poskytuje možnosť vypátrať hodnotu as. Všetko, čo musíš urobiť, je zrátať počet troj-jetových prípadov a vydeliť ich súčtom počtu dvoj-jetových a štvor- a viac jetových eventov. Všetko sa navzájom vykráti a ostane iba konštanta as:
| as = | N3-jety N2-jety + N4-jety a viac |
Teraz si pripravený začať druhý experiment.
Návod: Pamätaj si, že častice s nižšou energiou sa silnejšie zakrivujú v magnetickom poli detektora DELPHI než vysokoenergetické častice. A to môže pomýliť. Niektoré sa môžu zakriviť spoločne, čo vyzerá ako oddelený jet. Keď budeš identifikovať jety, sústreď sa na najpriamejšie dráhy a pozeraj sa na pôvodný smer zakrivených dráh, aby si ich združil do jetu.
Tu je desať súborov so sto prípadmi zrážok v každom jednom súbore na analyzovanie:
Keď si skončil, môžeš si porovnať svoj výsledok s oficiálne zmeranou hodnotou a dozvieš sa trochu viac, čo znamená toto meranie.
