Dowód naruszenia symetrii izospinowej w wysokoenergetycznych zderzeniach jąder atomowych
Na łamach prestiżowego czasopisma Nature Communication ukazała się praca pt. Evidence of isospin-symmetry violation in high-energy collisions of atomic nuclei (Nature Commun. 16, (2025) no.1, 2849). Autorami jest kolaboracja NA61/SHINE, do której należy kilkuosobowa grupa naukowców naszego Wydziału.
Oddziaływanie silne zachodzi pomiędzy kwarkami (górny, dolny, dziwny, powabny, piękny i szczytowy, zwane zapachami kwarków). Kwarki są składnikami hadronów, takich jak proton (uud, u =górny i d =dolny kwark), oraz mezonów (układy kwark-antykwark). Kwarki u i d mają bardzo podobne efektywne masy, znacznie mniejsze od wszystkich pozostałych. W konsekwencji, istnieje przybliżona symetria, zwana izospinową, pomiędzy cząstkami zawierającymi kwarki u lub d. Przykładowym skutkiem tej symetrii jest to, że masa neutronu (udd) jest większa od masy protonu o tylko 0.1%.
Przy pełnym zachowaniu symetrii izospinowej, w zderzeniach izospinowosymetrycznych jąder atomowych powinny być wytwarzane identyczne liczby izospinowo-symetrycznych cząstek. To powinno w szczególności dotyczyć wytwarzania kaonów – mezonów, które poza kwarkiem (lub antykwarkiem) dziwnym zawierają też antykwark (lub kwark) u albo d (K0 = d¯s, K+ = u¯s, K− = u¯s, K¯0 = d¯s).
Wytwarzanie naładowanych elektrycznie kwarków K (tzn. K+ i K−) oraz elektrycznie obojętnych kaonów K0 i antykaonów K¯0 zostało zmierzone przez współpracę NA61/SHINE w oddziaływaniu jąder argonu i skandu przy energii 11,9 GeV na parę nukleonów w układzie środka masy.
Stwierdziliśmy, że naładowane mezony K są emitowane znacznie częściej – o (18.4 ± 6.1)% – niż neutralne mezony K. Wcześniejsze pomiary są zgodne z tym wynikiem, ale nie były znaczące wobec ich niewystarczającej dokładności pomiarowej.
Modele teoretyczne produkcji cząstek, które uwzględniają wszystkie znane efekty łamania symetrii izospinowej, nie wyjaśniają wielkości obserwowanego efektu. Precyzyjne pomiary oraz modelowanie teoretyczne są wciąż potrzebne dla systematycznego wyjaśnienia obserwowanego efektu znaczącego łamania symetrii izospinowej.
Afiliowanymi na Wydziale Fizyki i Astronomii UWr współautorami tej publikacji są Z. Fodor, M. Kuchowicz, M. Lewicki, M. Naskret, R. Szukiewicz, L. Turko, O. Vitiuk i E. Zherebtsova.
