Matière visible, ou la substance qui compose les choses que nous voyons, est fait de particules qui peuvent être considérées comme des blocs de construction faits de plusieurs blocs de construction, de plus en plus petite, jusqu'au niveau subatomique. Les atomes sont faits de choses comme les protons et les neutrons, qui sont composés de blocs de construction encore plus petits tels que les quarks. L'étude de ces plus petits blocs de construction nécessite une expérimentation où les particules atomiques sont accélérées et brisées, puis un travail théorique pour comprendre et décrire ce qui s'est passé.

UConn professeur adjoint de physique Luchang Jin étudie la physique des particules et nucléaire, et travaille à mieux comprendre les particules subatomiques et leur comportement. Jin présentera ses récentes découvertes lors de la réunion d'automne 2021 de la division de physique nucléaire de l'American Physical Society en octobre.

"Le sujet décrit comment les quarks 'changent de saveur, ' ou transition, en raison d'interactions faibles, " dit Jin. " Le modèle standard décrit quatre types d'interactions et les interactions faibles sont l'un d'entre eux. Nous étudions les paramètres qui décrivent la probabilité de transition."

Les quarks peuvent avoir six types de « saveurs » ou des différences de masse et de charge :charme, vers le bas, bas, Haut, et étrange - et comprendre comment ils passent d'une saveur à l'autre, Jin dit, peut nous aider à mieux comprendre le fonctionnement interne de l'univers.

Jin explique que cette recherche examine la probabilité de transition des quarks up vers les quarks down. La probabilité de transition de ce changement de saveur et les probabilités de transition des quarks up vers d'autres quarks devraient totaliser un, mais ils ne le font pas, et ce déficit est intrigant.

"Cela pourrait indiquer quelque chose, par exemple que nous n'avons malheureusement pas mesuré ces valeurs avec suffisamment de précision, " dit Jin. "Cela pourrait indiquer qu'il y a de nouvelles particules que nous ne connaissons pas encore, et ce sera très excitant. Le travail que j'essaie de faire est d'essayer de m'assurer que nous mesurons ces quantités avec précision."

Jin dit que les aspects expérimentaux de ce travail sont relativement bons; le goulot d'étranglement, cependant, est à l'aspect théorique, que Jin espère aider à résoudre en déterminant les relations entre les probabilités de transition des quarks à partir des données expérimentales des probabilités de transition des hadrons.

Les hadrons sont un type de particule subatomique constituée de deux quarks ou plus qui sont classés selon la force de leurs interactions les uns avec les autres sur une échelle de « charge de couleur ». Cependant, certaines particules chargées de couleur ne peuvent pas être étudiées dans des conditions normales et elles sont donc appelées "couleur confinée". En raison du confinement des couleurs, les expérimentateurs ne peuvent pas isoler un quark libre, les quarks vivent toujours à l'intérieur des hadrons de couleur neutre.

En utilisant une panoplie d'outils théoriques tels que calculs de chromodynamique quantique sur réseau (QCD), et l'application de la théorie, comme la théorie de la perturbation chirale, les chercheurs travaillent à mieux comprendre ces relations dans les processus expérimentaux, dit Jin.

"Je travaille pour déterminer les probabilités de transition des quarks à partir des entrées expérimentales. Il existe de nombreuses entrées expérimentales différentes que l'on peut utiliser."

Les chercheurs ont pu résoudre une partie du puzzle en résolvant l'incertitude dans les calculs théoriques qui relient une entrée expérimentale aux probabilités de transition des quarks souhaitées.

"Toutefois, que l'entrée expérimentale elle-même n'est pas très précise, " dit Jin. " Nous avons résolu la partie théorique, mais ce processus de transition hadronique est un peu difficile pour les expérimentateurs. Si nous voulons vraiment déterminer la probabilité de transition des quarks à partir de ce processus, nous devons améliorer la précision expérimentale d'environ dix fois. Après ce travail, cela deviendra un processus très propre du point de vue théorique."

Lors de la réunion de l'APS, Jin présentera des données explorant les paramètres d'un autre changement de saveur; cette fois, pour savoir comment un quark up se transforme en un quark étrange.

Ce travail est similaire, et les chercheurs ont pu appliquer le même calcul et la même théorie pour déterminer les constantes de basse énergie pertinentes dans la théorie des perturbations chirales. « Maintenant, nous connaissons très bien les constantes de basse énergie grâce à ce calcul, mais cela ne résout pas tout le problème en raison de la limitation de la théorie de la perturbation chirale."

Jin présentera également des données plus récentes pour les travaux en cours, incluant des innovations pour tenir compte des photons qui possèdent des propriétés pouvant conduire à des difficultés de calcul, diminution de la précision, et erreur systématique,

"Nous essayons de faire le calcul du réseau d'une manière différente pour éviter complètement ces problèmes de la théorie des perturbations chirales, " dit Jin.

Le travail pour plus de précision continue de comprendre les saveurs et les forces qui unissent la matière visible, dit Jin.

"C'est un travail en cours et naturellement à aller de l'avant, on a hâte d'essayer de résoudre les autres problèmes. Ce travail est la frontière de notre compréhension de la nature."