”Tårttricket” – hur man mäter radien hos kortlivade hyperoner
Konstnärlig tolkning av hur en elektron och en positron krockar och hur kvarkar och antikvarkar bildas ur energin som frigörs. Kvarken och antikvarken bär så kallad färgladdning, och när de växelverkar bildas fler kvarkar och antikvarkar. Till slut bildas två system, ett med tre kvarkar (hyperon) och ett med tre antikvarkar (antihyperon), som var för sig är färgneutrala. Genom att studera denna process kan vi mäta hyperonens laddningsradie.
En ny studie ledd av Uppsalaforskare visar hur vi kan studera sammansättningen hos partiklar som är så kortlivade att de sönderfaller efter mindre än en nanosekund.
Hur kan vi studera sammansättningen hos partiklar som är så kortlivade att de sönderfaller efter mindre än en nanosekund? En ny studie, ledd av Uppsalaforskare inom BESIII-experimentet i Kina, visar vägen. Målet är att få djupare kunskaper om protonens tyngre och instabila släkting, den så kallade Lambdahyperonen.
Trots att protonen och Lambdahyperonen har många likheter – till exempel består bägge av tre kvarkar – krävs fundamentalt olika tekniker för att studera deras inre. Protonen är såvitt vi vet helt stabil – åtminstone är dess livslängd minst tjugo storleksordningar större än universums ålder – medan Lambdahyperonen sönderfaller efter mindre än en nanosekund. De metoder som framgångsrikt använts för att mäta protonens radie, såsom vätespektroskopi och elektronspridning, kan bara tillämpas på långlivade partiklar. Dock har Lambdahyperonen en fördel, just tack vare att den är så kortlivad: när den sönderfaller, avslöjar den sin inre magnet, eller sin spinnriktning. Detta kan utnyttjas för att ta ”ögonblicksbilder” av processer där Lambda och dess spegelbild, anti-Lambda, bildas parvis ur energin som frigörs när en elektron och en positron krockar och förintar varandra.
Detta kan liknas vid hur vi kan ta reda på hur en prinsesstårta ser ut inuti utan att skära i den: vi går till konditoriet och fotograferar tillverkningsprocessen, och kan från detta rekonstruera tårtans sammansättning. Med rätt matematiska verktyg kan vi även rekonstruera hyperonens inre från ögonblicksbilderna av dess tillblivelse. Detta har vi utnyttjat inom BESIII och bland annat mätt dess laddningsradie.
Resultaten har nyligen publicerats i Physics Review Letters och analysen ingår i en avhandling av Viktor Thorén från Uppsala universitet.
Artikelreferens
Unraveling the Structure of Λ Hyperons with Polarized Pairs
Phys. Rev. Lett. 135, 191902