Wawasan baru tentang struktur internal proton yang disediakan oleh Eksperimen Atlas CERN
Physics

Wawasan baru tentang struktur internal proton yang disediakan oleh Eksperimen Atlas CERN

Selama Konferensi Foton Lepton minggu ini, kolaborasi ATLAS mempresentasikan makalah baru yang menjelaskan bagaimana parton berinteraksi di dalam proton.

Penurunan Roda Kecil Baru di dalam detektor ATLAS selama penghentian lama kedua (LS2). Pemahaman baru ATLAS tentang PDF akan digunakan dalam pencarian proses fisika baru ketika LHC dimulai kembali akhir tahun ini. (Gambar: CERN)

Sementara Large Hadron Collider (LHC) terkenal karena menghancurkan proton bersama-sama, sebenarnya quark dan gluon di dalam proton – secara kolektif dikenal sebagai Ayo pergi – yang benar-benar berinteraksi. Jadi, untuk memprediksi laju proses yang terjadi di LHC – seperti produksi Higgs boson atau partikel yang belum diketahui – fisikawan harus memahami bagaimana parton berperilaku di dalam proton. Perilaku ini dijelaskan dalam Parton Distribution Functions (PDF), yang menjelaskan fraksi momentum proton yang diambil oleh quark dan gluon penyusunnya.

Pengetahuan tentang PDF ini secara tradisional berasal dari penumbuk lepton-proton, seperti HERA di DESY. Mesin ini menggunakan partikel seperti titik, seperti elektron, untuk secara langsung menyelidiki parton di dalam proton. Penelitian mereka mengungkapkan bahwa, selain quark valensi naik dan turun yang terkenal yang berada di dalam proton, ada juga lautan pasangan quark-antiquark di dalam proton. Laut ini secara teoritis terbuat dari semua jenis quark, terikat bersama oleh gluon. Sekarang, studi tentang tumbukan proton-proton LHC memberikan tampilan rinci ke dalam PDF, khususnya komposisi tipe gluon dan quark proton.

Gambar 1: Rasio PDF quark aneh dengan rata-rata PDF quark ringan (Rs) sebagai fungsi dari fraksi momentum proton (x) yang diambil setiap quark ketika berpartisipasi dalam tumbukan. (Gambar: Kolaborasi ATLAS/CERN)

Kolaborasi ATLAS baru saja merilis makalah baru yang menggabungkan data LHC dan HERA untuk menentukan PDF. Hasilnya menggunakan data ATLAS dari beberapa proses Model Standar yang berbeda, termasuk produksi boson W dan Z, pasangan quark atas dan jet hadronic (semburan partikel terkolimasi). Secara tradisional dianggap bahwa PDF quark aneh akan ditekan oleh faktor ~2 dibandingkan dengan quark tipe atas dan bawah yang lebih ringan, karena massanya yang lebih besar. Makalah baru mengkonfirmasi hasil ATLAS sebelumnya, yang menemukan bahwa quark aneh tidak ditekan secara substansial pada fraksi momentum proton kecil dan memperluas hasil ini untuk menunjukkan bagaimana penekanan terjadi pada fraksi momentum yang lebih tinggi (x > 0,05) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Beberapa eksperimen dan kelompok teoretis di seluruh dunia bekerja untuk memahami PDF. Sementara hasil mereka umumnya sesuai, ada beberapa perbedaan pada fraksi momentum tinggi (x > 0,1) yang dapat memengaruhi pencarian energi tinggi untuk fisika di luar Model Standar. Lebih lanjut, semakin jelas bahwa pemahaman yang lebih baik tentang PDF pada fraksi momentum rentang menengah (x ~ 0,01-0,1) diperlukan jika fisikawan ingin menemukan bukti untuk proses fisika baru dalam penyimpangan dari Model Standar besaran seperti massa boson W atau sudut pencampuran lemah. Ini akan membutuhkan pengetahuan tentang PDF dengan akurasi ~ 1%.

Di sinilah analisis ATLAS berkontribusi paling kuat, karena keakuratan PDF bergantung pada pengetahuan terperinci tentang ketidakpastian sistematis dari data input. Kolaborasi ATLAS mampu menilai korelasi ketidakpastian semacam itu antara kumpulan data mereka dan memperhitungkannya – kemampuan yang sangat berpengaruh dalam hasil PDF baru mereka. Pengetahuan seperti itu sebelumnya tidak tersedia di luar ATLAS, menjadikan hasil ini sebagai “vademecum” baru untuk grup PDF global. Ternyata dampak dari korelasi tersebut dapat menggeser nilai pusat PDF sebesar > 1% di wilayah momentum rentang menengah, dan lebih dari ini di wilayah x tinggi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2: PDF dari antiquark tipe bawah (kiri) dan gluon (kanan) sebagai fungsi dari fraksi momentum proton (x). Hasil utama dari analisis ATLAS (disebut ATLASpdf21), yang memperhitungkan korelasi ketidakpastian sistematis antara kumpulan data (merah), dibandingkan dengan analisis yang tidak memperhitungkan korelasi tersebut (biru). Panel di bawahnya menunjukkan perbandingan rasio ini. (Gambar: Kolaborasi ATLAS/CERN)

Pemahaman baru ATLAS tentang PDF akan digunakan dalam pencarian proses fisika baru ketika LHC dimulai kembali akhir tahun ini. Lebih lanjut, teknik yang dijelaskan dalam makalah ini akan membantu kelompok analisis di masa mendatang – baik di ATLAS maupun di luarnya – dalam menentukan fungsi distribusi parton yang lebih akurat.

Sumber: Eksperimen ATLAS melalui CERN



Posted By : hk prize