作者:RIKEN 信用:CC0公共领域 一组研究人员，包括东京大学、名古屋大学的RIKEN Nishina加速器科学中心和日本原子能机构(JAEA)的科学家，使用美国布鲁克海文国家实验室的自旋极化相对论重离子对撞机来证明，在极化质子-质子碰撞中，在碰撞的最前方区域(涉及夸克和胶子的直接相互作用不适用)发射的中性π介子仍然具有很大程度的左右不对称性
这一发现表明，之前关于粒子在这种碰撞中产生的共识需要重新评估
理解粒子在质子碰撞中产生的机制与理解宇宙射线簇射有关，在宇宙射线簇射中，从外层空间进入地球大气层的粒子产生粒子“簇射”，帮助我们了解发生在宇宙极端环境中的天文现象
然而，很难研究粒子是如何产生的，因为与电磁力和重力等其他力相比，将原子核中的质子结合并将夸克和胶子结合成质子的力——强相互作用或核力——非常强
探索这些重要挑战的一个途径涉及质子的一种属性，称为自旋，这可以通过类比理解为玩具陀螺绕其轴旋转的方式
质子的自旋可以被人为地排列，这一过程被称为极化
20世纪70年代，美国阿尔贡国家实验室的加速器实验表明，在涉及极化质子的碰撞前沿产生的π介子具有很大的左右不对称性
这些实验中使用的极化质子的能量约为100亿电子伏特
在较高能量下进行的实验——包括在美国费米国家加速器实验室(FNAL)和美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的RHIC使用极化质子束进行的一次200千电子伏的实验，其中两束以相反方向运动的100千电子伏质子发生碰撞——表明即使使用高能极化质子，左右不对称也仍然存在
一个共识出现了，这种不对称性是由质子中夸克和胶子之间的直接相互作用引起的，基于一个叫做微扰量子色动力学(QCD)的理论
然而，随着在RHIC的额外实验，挑战共识的发现开始出现
根据目前工作的作者之一后藤佑司的说法，“在RHIC的能量下，夸克和胶子被散射，各种粒子以喷射的形式产生
当检查在RHIC碰撞位置前方产生的喷流的左右不对称时，发现与预期相反，整个喷流和喷流中包含的π介子没有显示出左右不对称
这表明左右不对称的原因不是夸克和胶子的直接散射
" 为了进一步研究，研究人员进行了实验，发表在《物理评论快报》上，他们使用了以前在欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机中使用的电磁量热仪探测器——在那里被称为LHCf实验，在RHIC被称为RHICf实验——来详细观察在碰撞的最前方区域由π介子衰变产生的伽马射线
然而，他们发现中性π介子的左右不对称即使在非常狭窄的区域也依然存在
后藤说，“我们发现，从碰撞的正前方开始，不对称继续以非常窄的角度存在，事实上，随着角度远离零，不对称会增加
这个结果需要重新审视以前的理论解释
不对称的小前角对应于质子引起激发态的能量区域，其他机制的贡献——衍射和共振——可能为这个谜提供线索
" RIKEN的国际项目助理、韩国大学的研究生、该实验的第一作者金敏镐说，“能够与新的探测器合作真是太棒了，我们计划继续我们的工作，以了解产生左右不对称的机制
这肯定会让我们洞察宇宙射线骤雨，从而帮助我们理解发生在宇宙极端环境中的现象
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