布鲁克海文国家实验室的凯伦·麦纽提·沃什 相对论重离子对撞机(RHIC)的恒星探测器的重味跟踪器(HFT)组件记录了一次金-金碰撞
白点显示了碰撞产生的粒子撞击HFT三层传感器时记录的“撞击”
科学家们利用这些撞击来重建带电粒子轨迹(红线和绿线)，以测量碰撞中出现的某些种类粒子的相对丰度——在这种情况下，是迷人的λ粒子
信用:STAR合作 核物理学家正试图理解称为夸克和胶子的粒子是如何结合形成强子的，强子是由两个或三个夸克组成的复合粒子
为了研究这个被称为强子化的过程，一组核物理学家在相对论重离子对撞机上使用了恒星探测器
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能源部科学办公室在美国能源部布鲁克海文国家实验室的核物理研究用户设备——测量在金原子核高能碰撞中产生的某些二夸克和三夸克强子的相对丰度
碰撞瞬间“融化”了构成金原子核的单个质子和中子之间的边界，因此科学家可以研究它们内部的组成部分夸克和胶子是如何重组的
恒星物理学家研究了含有重“魅力”夸克的粒子，这种粒子比轻粒子更容易跟踪，以了解测量结果如何与强子化不同解释的预测相匹配
发表在《物理评论快报》上的测量结果显示，三夸克强子比被广泛接受的强子化解释(即碎裂)所预期的要多得多
结果表明，相反，在RHIC产生的稠密粒子汤里的夸克通过一种称为聚结的机制更直接地重组
“由两三个夸克组成的强子是我们世界中可见物质的组成部分——包括构成原子核的质子和中子
但是我们从来没有把它们的内部构件——夸克和胶子——看作是自由的物体，因为夸克总是被‘限制’在复合粒子中，”新东说，他是美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(LBNL)的物理学家，也是STAR Collaboration的这项分析的领导者
RHIC的重离子碰撞产生了一种被称为夸克-胶子等离子体(QGP)的物质状态，这是一种模拟早期宇宙的热粒子汤，在这种汤里，夸克被从称为强子的复合粒子的普通边界中“解聚”或释放出来
“通过追踪从RHIC碰撞中流出的粒子，我们可以探索强子化的机制，以及强核力是如何将夸克限制在普通物质中的，”耶鲁大学教授、STAR Collaboration的联合发言人海伦·凯恩说
恒星物理学家使用安装在RHIC恒星探测器4米宽的时间投影室中心的高分辨率重味跟踪器(HFT)测量了迷人的强子(包含重“迷人”夸克的强子)
“HFT放大了粒子，比如衰变小于0的三夸克引力λ
“距离碰撞中心1毫米，”布鲁克海文实验室物理学家弗莱明·维德贝克说，他是STAR HFT项目经理
重味跟踪器(HFT)的中心部分被安装在相对论重离子对撞机的恒星探测器上
HFT跟踪由“魅力”和“美丽”夸克组成的粒子，这是罕见的种类(或“味道”)，比构成普通物质的质子和中子的较轻的“上”和“下”夸克质量更大
学分:布鲁克海文国家实验室 结合HFT的“点击数”和恒星探测器中更远处的衰变产物的测量值，物理学家可以计算出有多少个三夸克迷倒的兰姆达斯vs
两个夸克迷倒的“D0”粒子从QGP出现
“我们使用了一种有监督的机器学习技术来抑制探测迷人的λ粒子的大背景，”进行主要分析的肯特州立大学和伯克利实验室的博士后苏拉杰·拉德哈克里斯南说
来自STAR的结果计算出了几乎相等数量的迷人的lambdas和D0粒子
这远比公认的强子化机制——碎裂——所预测的要迷人得多
“碎片准确地描述了高能粒子物理实验的许多实验结果，”董说
该机制包括高能夸克或胶子“激发”真空并“分裂”形成夸克-反夸克对
他解释说，随着分裂过程的进行，会产生大量的夸克和反夸克，它们可以结合形成两个和三个夸克强子
但是碎裂解释预测，在RHIC测量的动量范围内，重离子碰撞产生的迷倒λ粒子应该比D0粒子少
STAR对“迷人的重子增强”(导致几乎相等数量的迷人的λ和D0粒子)的观察支持了强子化的另一种机制
这种被称为聚结的解释假设，RHIC的QGP粒子汤的密度使夸克足够接近，从而允许它们直接重组为复合粒子
董说:“STAR的结果表明，聚结在重离子碰撞中的魅力夸克强子化中起着重要作用，至少在本实验测量的动量范围内是如此。”
理解聚结的机制可能会提供新的见解，有助于揭示夸克和胶子是如何被限制在强子中，以建立原子核的结构——原子核是构成我们世界中一切可见事物的物质的核心
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