Forscher des ALICE-Experiments untersuchten, wieQuark-Gluon-Plasma beeinflusst Charmonien – Mesonen (Teilchen), die aus einem Charm-Quark und seinem Antiquark bestehen. Die Ergebnisse der Arbeit eröffnen neue Möglichkeiten zur Untersuchung der starken Wechselwirkung – einer der vier Grundkräfte der Natur – unter Bedingungen extremer Temperatur und Dichte des Quark-Gluon-Plasmas.
Quark-Gluon-Plasma ist extrem heiß undein dichter Materiezustand, in dem Quarks und Gluonen nicht innerhalb von Hadronen (zusammengesetzte Teilchen wie Protonen und Neutronen), sondern eigenständig existieren. Es wird angenommen, dass diese Form von Materie im frühen Universum nach dem Urknall existierte. Es kann nachgebildet werden, indem Blei-Atomkerne im LHC mit enormer Geschwindigkeit kollidieren.
Darstellung des Einflusses von Quark-Gluon-Plasma aufBildung von Charmonium bei Stößen von Bleikernen. Mit steigender Plasmatemperatur wird der schwächer gebundene Zustand ψ(2S) durch mehr Quarks und Gluonen im Plasma eher „abgeschirmt“ und somit nicht produziert (farbige Kreise). Eine Zunahme der Anzahl an Charmed-Quarks und Antiquarks (c und c̄) kann durch Quark-Rekombination zur Bildung zusätzlicher Charmoniums führen. Bild: ALICE-Kollaboration)
Gebundene Zustände des Charmed Quarks undAntiquarke werden von einer starken Kraft zusammengehalten, erklären die Wissenschaftler. Im Plasma wird ihre Produktion aufgrund der "Abschirmung" durch die große Anzahl von Quarks und Gluonen, die in dieser Form von Materie vorhanden sind, unterdrückt. Gleichzeitig sagten theoretische Berechnungen voraus, dass sich diese Effekte in verschiedenen Zuständen von Charmonium unterschiedlich manifestieren.
Physiker analysierten die dabei gewonnenen Datendie Zeit der ersten beiden Starts des LHC in den Jahren 2015 und 2018. Die Messergebnisse zeigen, dass unabhängig vom Impuls des Teilchens der Charmonium-Zustand ψ(2S) etwa doppelt so stark unterdrückt wird wie der J/ψ-Zustand. Dies ist die erste Beobachtung einer Hierarchie der Hemmung der gesamten Charmoniumproduktion, sagen die Wissenschaftler.
Die Forscher glauben, dass Daten aus dem dritten Lauf des LHC dazu beitragen werden, definitiv festzustellen, wie sich Charmonies verändern, und die Natur der starken Kraft zu verstehen, die Quarks zusammenhält.
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