Préférence surprenante dans l’alignement du spin des particules

La science

Certaines particules qui émergent d’une soupe chaude de matière générée lors de collisions d’atomes noyaux semblent avoir un « alignement de spin global » préférentiel. Les collisions font fondre les limites des protons et des neutrons ordinaires pour libérer leurs blocs de construction les plus profonds –quarks et gluons. La préférence de spin ne peut pas être expliquée par des mécanismes conventionnels tels que l’intensité du champ magnétique ou le «tourbillon» de la matière quark chaude créée lors de ces collisions. Au lieu de cela, un nouveau modèle suggère que les fluctuations locales de la force forte, qui régit les interactions des quarks et des gluons, pourraient jouer un rôle dans le déclenchement de la préférence.

L’impact

Les scientifiques n’avaient pas réalisé auparavant que la force nucléaire forte (ou force forte) pouvait influencer le spin des particules de cette manière. Si les résultats et l’explication résistent à un examen plus approfondi, les mesures globales d’alignement de spin donneront aux scientifiques une nouvelle façon d’étudier les fluctuations locales de la force forte. Comprendre cette force, la plus puissante et la moins bien comprise des quatre forces fondamentales de la nature, est un objectif central de la physique nucléaire. Pour mener ces recherches, les scientifiques utilisent des collisionneurs de particules pour recréer la soupe chaude quark-gluon de l’univers primitif.

Résumé

Des scientifiques étudient les collisions de particules au collisionneur relativiste d’ions lourds (RHIC), une installation utilisateur du Department of Energy Office of Science pour la recherche en physique nucléaire, ont déjà observé des préférences de spin pour des particules qui ont deux orientations de spin possibles, comme les pôles nord et sud d’une planète. Des analyses récentes ont cherché à mesurer l’alignement de spin de particules appelées mésons, qui ont trois orientations de spin possibles. Certains mésons n’ont montré aucune préférence, mais les mésons phi (constitués d’un quark et d’un antiquark de la même “saveur”) l’ont fait. Les explications des théoriciens utilisant des mécanismes conventionnels, y compris le champ magnétique et la turbulence du plasma quark-gluon, ont abouti à une valeur inférieure à celle que les scientifiques avaient mesurée.

Récemment, un nouveau modèle développé par des théoriciens du nucléaire a ajouté des fluctuations locales de la force forte au sein de la plasma quark-gluon. Ce modèle et les données de STAR Collaboration correspondaient. Le nouveau modèle comprend une explication, liée aux saveurs des quarks qui composent un méson, expliquant pourquoi certains mésons ont une préférence d’alignement de spin global alors que d’autres non. De futures expériences au RHIC testeront cette idée et l’approche consistant à utiliser l’alignement de spin global des mésons phi comme moyen d’étudier les fluctuations locales de force forte.



Financement

Cette recherche a été financée par le Department of Energy Office of Science, le programme de physique nucléaire, la National Science Foundation des États-Unis et un éventail d’organisations et d’agences internationales répertoriées dans l’article scientifique.