CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) ATLAS işbirliğinin üyeleri, kurşun iyon çarpışmalarında üst kuarkların ilk gözlemini duyurdu; bu, ağır iyon çarpışmalarının fiziğinde önemli bir atılım anlamına geliyor. Bu keşif, bilim adamlarının, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra evreni doldurduğu düşünülen maddenin bir hali olan kuark-gluon plazmasını (QGP) incelemesine olanak tanıyor.

QGP, kuarkların (madde parçacıkları) ve gluonların (güçlü kuvvetin taşıyıcıları) parçacıklara bağlı olmadığı, neredeyse ideal yoğun bir sıvı olarak var olduğu, maddenin “sınırsız” bir halidir. QGP’nin son derece kısa ömrü nedeniyle (yaklaşık 10^-23 saniye) doğrudan gözlemlenemez. Bunun yerine fizikçiler, ağır iyonların çarpışması sonucu oluşan ve QGP’den geçen parçacıkları inceliyor ve bunları QGP’nin özelliklerinin “sondaları” olarak kullanıyor.

Bilinen en ağır temel parçacık olan üst kuark, QGP’nin zaman içindeki evriminin umut verici bir araştırmasıdır. Diğer parçacıklara hızlı bir şekilde bozunması, QGP’nin zamansal dinamiklerini incelemek için eşsiz bir fırsat sağlayan bir “zaman işaretçisi” olarak kullanılmasına olanak tanır.

Yeni bir çalışmada ATLAS fizikçileri, nükleon çifti başına 5,02 teraelektronvolt (TeV) çarpışma enerjisinde kurşun iyonlarının çarpışmalarını inceledi. Üst kuarkların bir aşağı kuark ve bir W bozonuna bozunduğu ve daha sonra bir elektrona veya bir müona ve onunla ilişkili nötrinoya bozunduğu bir “dilepton kanalı”nda bir üst kuarkın oluşumunu gözlemlediler.

Sonuç, 5,0 standart sapmalık istatistiksel öneme sahiptir ve bu, onu çekirdek-çekirdek çarpışmalarında bir üst kuark çiftinin oluşumunun ilk gözlemi haline getiriyor. CMS işbirliği daha önce kurşun-kurşun çarpışmalarında bu sürecin kanıtlarını bildirmişti.

Gözlem, ATLAS deneyinin kesin lepton yeniden yapılandırma yetenekleri, arka plan süreçlerinden elde edilen verilere dayanan tam kurşun-kurşun veri setinin yüksek istatistikleri, üst kuark olaylarının yeni simülasyonları ve özel jet kalibrasyon teknikleri sayesinde mümkün oldu.

ATLAS fizikçileri üst kuark çifti üretim hızını veya “kesit”i %35’lik bir göreceli hatayla ölçtüler. Genel belirsizlik öncelikle veri setinin boyutundan kaynaklanmaktadır; bu, mevcut 3. Çalışmadan elde edilen yeni ağır iyon verilerinin ölçümün doğruluğunu artıracağı anlamına gelir.

Yeni ATLAS sonucu, QGP çalışmalarına bir pencere açıyor ve bilim adamlarının QGP’nin zaman içindeki evrimine ilişkin ilk bilgileri edinmelerine olanak tanıyor. Gelecekteki çalışmalarda ATLAS fizikçileri, ağır iyon çarpışmalarındaki üst kuark çiftlerinin “yarı leptonik” bozunma kanalına da bakacaklar; bu, güçlü kuvvetin doğası ve erken dönem koşulları hakkında daha fazla bilgi edinmelerine olanak tanıyacak. Evren.

Şimdiye kadar ilk kez, Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Şangay Astronomik Gözlemevi’nden (SHAO) bir araştırma ekibi, TianMa 65-m Radyo Teleskobu’nu (TMRT) kullanarak helyumdan daha ağır iyonların radyo rekombinasyon hatlarını (RRL’ler) başarıyla tespit etti. Bu hatların karbon ve/veya oksijen iyonlarına ait olduğu belirlendi.

Bulgular yakın zamanda dergide yayınlandı Astronomi ve Astrofizik.

İyonize gaz, yıldızlararası gazın en yaygın olarak dağıtılan bileşenidir ve elementlerin bolluğunu belirlemek için değerli bir araçtır. RRL’ler genellikle optik olarak ince olduğundan ve iyi anlaşılmış emisyon mekanizmalarına sahip olduğundan, radyo rekombinasyon hatları (RRL’ler), optik hat gözlemlerinin zorluklarını önleyebilir.

Bununla birlikte, tespit edilen RRL yayıcıların neredeyse tamamı şimdiye kadar nötr atomlardı. Gezegenimsi bulutsulardaki helyum iyonlarının yalnızca iki RRL geçişi (121α ve 115α) daha önce rapor edilmişti. Hat karıştırma, helyumdan daha ağır atomların RRL’lerini spektral olarak çözmeyi zorlaştırır. Buna karşılık, iyonların RRL’leri genellikle nötr atomların RRL’leri ile karıştırılmaz, bu da öncekini bolluğu ölçmek için çok daha güçlü bir araç yapar.

Araştırmacılar bu yeni keşfi, Orion KL’ye doğru devam eden bir TMRT spektral çizgi araştırmasının bir parçası olarak yıldızlararası emisyon çizgilerini ararken yaptılar. Orion KL’nin Ka-bandı (26-35 GHz) spektral hatlarını tanımlarken, herhangi bir moleküler banda atanamayan birkaç geniş hat özelliği buldular. türler ne de atomların RRL’lerine.

“Bu çizgi özellikleri zayıf yoğunluklara sahiptir, ancak spektrumun yüksek hassasiyeti nedeniyle zaten ayırt edilebilecek kadar önemlidir. Çizgi genişlikleri H/He RRL’lerinkine benzer olduğu için, bu çizgi özelliklerinin iyonların RRL’leri olabileceğini fark ettik,” dedi.

Bunu doğrulamak için gökbilimciler, beklenen frekanslarda iyon RRL sinyallerini aramak için TMRT kullanarak Ku-bandı (12-18 GHz) takip gözlemleri gerçekleştirdiler ve iyonların sekiz alfa çizgisi (Δn=1 olan RRL’ler) daha tespit edildi. .

Ayrıca Q bandında alfa çizgilerinin ve Ka bandında beta çizgilerinin (Δn=2) marjinal sinyallerini bulmuşlardır. Farklı günlerde elde edilen spektrumları karşılaştırdılar ve çizgi özelliklerinin frekanslarının, Dünya’nın hareketi için düzeltildiğinde değişmeden kaldığını buldular, bu da iyon RRL’lerin uzaydan geldiğini doğruladı.

Toplamda, TMRT tarafından yıldızlararası iyonların onlarca RRL’si tespit edildi ve bunların çoğu, herhangi bir molekül geçişi veya atomların RRL’leri ile karıştırılmadı. TMRT tarafından tespit edilen çizgiler, helyum iyonu RRL’lerinin beklenen frekanslarından saniyede 20 kilometreden daha mavidir ve bu nedenle helyumdan daha ağır iyonlara atanmıştır. Bu iyon RRL’leri ile ilişkili çift iyonize elementlerin bolluğu, optik/kızılötesi gözlemlerden tahmin edilen karbon/oksijen değeriyle tutarlı olan, 10.000’de 8.8 parça olarak doğru bir şekilde belirlendi.

Daha önce, RRL’ler, tek başına iyonize olmuş iyonların ve elektronların rekombinasyonundan sonra ortaya çıkan, yüksek n seviyesindeki atomların geçişlerinin neden olduğu radyo spektral çizgileri olarak tanımlanıyordu. Ancak şimdi, araştırmacılar aynı anda onlarca harmanlanmamış iyon RRL’si tespit ettiler.

Prof. Neal J, “Böyle yeni bir teknik, karbon monoksitin ve yıldızlararası karmaşık organik moleküllerin en önemli bileşenleri olan karbon ve oksijenin, optik gözlemlerin çok zor olduğu iç Galaksideki bolluğunu incelemek için çok değerli olacaktır” dedi. Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Evans II.

SHAO araştırmacıları, TMRT’nin bu yeni keşfini pek çoğunun ilki olarak görüyor. Liu, “Orion KL ve diğer Galaktik nesnelere yönelik devam eden TMRT spektral çizgi araştırması, benzeri görülmemiş bir çizgi hassasiyetine ulaşacak ve bu da ağır iyonların RRL’leri, moleküler çizgilerin yeni geçişleri ve hatta yeni molekül türleri gibi daha yeni keşiflere yol açacak” dedi. Tie, SHAO’da bir araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı.

Referans: Xunchuan Liu, Tie Liu, Zhiqiang Shen, Paul F. Goldsmith, Neal J. Evans II, Sheng-Li Qin, Qiuyi Luo, Yu Cheng6, Sheng-Yuan tarafından yazılan “Helyumdan ağır iyonların radyo rekombinasyon hatlarının ilk tespiti” Liu, Fengyao Zhu, Ken’ichi Tatematsu, Meizhu Liu, Dongting Yang, Chuanshou Li, Li Chen, Juan Li, Xing Lu, Qilao Gu, Rongbing Zhao, Bin Li, Yajun Wu, Weiye Zhong, Zhang Zhao, Jinqing Wang, Qinghui Liu, Bo Xia, Li Fu, Zhen Yan, Chao Zhang, Lingling Wang, Qian Ye, Hongli Liu, Chao Zhang, Fengwei Xu ve Dipen Sahu, 7 Şubat 2023, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202345904

Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Şanghay Astronomi Gözlemevi’nden (SHAO) bir araştırma ekibi, TianMa 65-m Radyo Teleskobu’nu (TMRT) kullanarak ilk kez helyumdan ağır iyonların radyo rekombinasyon çizgilerini (RRL’ler) tespit etti. Bu çizgiler, karbon ve/veya oksijen iyonlarına atanmıştır.

Bulgular yayınlandı Astronomi ve Astrofizik 28 Şubat’ta.

İyonize gaz, en yaygın yıldızlararası gaz bileşenidir ve element bolluğunu ölçmek için önemli bir laboratuvardır. RRL’ler genellikle optik olarak ince olduğundan ve iyi anlaşılmış emisyon mekanizmalarına sahip olduğundan, radyo rekombinasyon hatları (RRL’ler), optik hat gözlemlerinin zorluklarını önleyebilir.

Bununla birlikte, tespit edilen RRL yayıcıların neredeyse tamamı şimdiye kadar nötr atomlardı. Gezegenimsi bulutsulardaki helyum iyonlarının yalnızca iki RRL geçişi (121α ve 115α) daha önce rapor edilmişti. Hat karıştırma, helyumdan daha ağır atomların RRL’lerini spektral olarak çözmeyi zorlaştırır. Buna karşılık, iyonların RRL’leri genellikle nötr atomların RRL’leri ile karıştırılmaz, bu da öncekini bolluğu ölçmek için çok daha güçlü bir araç yapar.

Araştırmacılar bu yeni keşfi, Orion KL’ye doğru devam eden bir TMRT spektral çizgi araştırmasının bir parçası olarak yıldızlararası emisyon çizgilerini ararken yaptılar. Orion KL’nin Ka-bandı (26–35 GHz) spektral çizgilerini tanımlarken, herhangi bir moleküler türe veya atomların RRL’lerine atanamayan birkaç geniş çizgi özelliği buldular.

“Bu çizgi özelliklerinin zayıf yoğunlukları var, ancak spektrumun yüksek hassasiyeti nedeniyle zaten ayırt edilebilecek kadar önemliler. Çizgi genişlikleri H/He RRL’lerinkine benzer olduğundan, bu çizgi özelliklerinin iyonların RRL’leri olabileceğini fark ettik. ,” dedi SHAO’dan Dr. Liu Xunchuan, ilgili ve çalışmanın ilk yazarı.

Bunu doğrulamak için gökbilimciler, beklenen frekanslarda iyon RRL sinyallerini aramak için TMRT kullanarak Ku-bandı (12–18 GHz) takip gözlemleri gerçekleştirdiler ve iyonların sekiz alfa çizgisi (Δn=1 olan RRL’ler) daha tespit edildi. .

Ayrıca Q bandında alfa çizgilerinin ve Ka bandında beta çizgilerinin (Δn=2) marjinal sinyallerini bulmuşlardır. Farklı günlerde elde edilen spektrumları karşılaştırdılar ve çizgi özelliklerinin frekanslarının, Dünya’nın hareketi için düzeltildiğinde değişmeden kaldığını buldular, bu da iyon RRL’lerin uzaydan geldiğini doğruladı.

Toplamda, TMRT tarafından yıldızlararası iyonların onlarca RRL’si tespit edildi ve bunların çoğu, herhangi bir molekül geçişi veya atomların RRL’leri ile karıştırılmadı. TMRT tarafından tespit edilen çizgiler, helyum iyonu RRL’lerinin beklenen frekanslarından saniyede 20 kilometreden daha mavidir ve bu nedenle helyumdan daha ağır iyonlara atanmıştır. Bu iyon RRL’leri ile ilişkili çift iyonize elementlerin bolluğu, optik/kızılötesi gözlemlerden tahmin edilen karbon/oksijen değeriyle tutarlı olan, 10.000’de 8.8 parça olarak doğru bir şekilde belirlendi.

Daha önce, RRL’ler, tek başına iyonize olmuş iyonların ve elektronların rekombinasyonundan sonra ortaya çıkan, yüksek n seviyesindeki atomların geçişlerinin neden olduğu radyo spektral çizgileri olarak tanımlanıyordu. Ancak şimdi, araştırmacılar aynı anda onlarca harmanlanmamış iyon RRL’si tespit ettiler.

Prof. Neal J, “Böyle yeni bir teknik, karbon monoksitin ve yıldızlararası karmaşık organik moleküllerin en önemli bileşenleri olan karbon ve oksijenin, optik gözlemlerin çok zor olduğu iç Galaksideki bolluğunu incelemek için çok değerli olacaktır” dedi. Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Evans II.

SHAO araştırmacıları, TMRT’nin bu yeni keşfini pek çoğunun ilki olarak görüyor. Liu Tie, “Orion KL ve diğer Galaktik nesnelere yönelik devam eden TMRT spektral çizgi araştırması, benzeri görülmemiş bir çizgi hassasiyetine ulaşacak ve bu da ağır iyonların RRL’leri, moleküler çizgilerin yeni geçişleri ve hatta yeni molekül türleri gibi daha yeni keşiflere yol açacak” dedi. , SHAO’da bir araştırmacı ve çalışmanın eş sorumlu yazarı.