Observation of and Threshold Enhancements in the System
BESIII डिटेक्टर द्वारा एकत्रित घटनाओं के एक बड़े नमूने का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक नए स्यूडोस्केलर रेजोनेंस और प्रणाली में महत्वपूर्ण थ्रेशोल्ड एन्हांसमेंट (threshold enhancements) को देखा जो और आंशिक तरंगों (partial waves) द्वारा प्रधान है, जो हल्के हैड्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और बेरियन-एंटीबैरियन गतिकी में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
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उप-परमाणु दुनिया में, पदार्थ मौलिक कणों के एक छोटे परिवार से बना है जो उन सभी चीजों को बनाने के लिए मिलते हैं जिन्हें हम देखते हैं। इनमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं, जो परमाणुओं के नाभिक बनाते हैं, और उनके भारी कजिन, जिन्हें बैरियन (baryons) के रूप में जाना जाता है। जब ये कण अपने एंटीमैटर जुड़वाओं से मिलते हैं, तो वे एक-दूसरे को नष्ट कर सकते हैं, जिससे ऊर्जा निकलती है या नए कणों में परिवर्तन होता है। भौतिकविदों लंबे समय से इस बात से मंत्रमुग्ध रहे हैं कि क्या होता है जब एक बैरियन और एक एंटीबैरियन बहुत कम गति पर, ठीक उसी क्षण पैदा होते हैं जब वे जन्म लेते हैं। इन क्षणभंगुर क्षणों में, उनके बीच के बल एक अस्थायी, भीड़भाड़ वाली स्थिति बना सकते हैं जो गतिविधि में अचानक उछाल, या एक "थ्रेशोल्ड एन्हांसमेंट" (threshold enhancement) की तरह दिखती है। हालांकि वैज्ञानिकों ने प्रोटॉन और एंटीप्रोटॉन के साथ इस व्यवहार को देखा है, लेकिन लैम्ब्डा बैरियन (lambda baryons) नामक भारी कणों के साथ यही घटना को पकड़ना कठिन रहा है। इन क्षणभंगुर अंतःक्रियाओं को समझना शोधकर्ताओं को उन बलों का मानचित्र बनाने में मदद करता है जो पदार्थ को एक साथ थामे रखते हैं और पदार्थ के नए, अप्रत्याशित रूपों की खोज करने में मदद करता है जो शायद केवल इन चरम स्थितियों में मौजूद हो सकते हैं।
बीजिंग इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन कोलाइडर पर BESIII डिटेक्टर का उपयोग करने वाली शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस घटना पर एक ताज़ा नज़र डाली है। उन्होंने साइ(3686) [psi(3686)] नामक एक कण से होने वाले 2.7 बिलियन से अधिक टकरावों के डेटा का विश्लेषण किया। जब यह कण क्षय (decay) होता है, तो यह प्रकाश की एक चमक, या एक फोटॉन, उत्सर्जित कर सकता है और पीछे लैम्ब्डा और एंटी-लैम्ब्डा कणों की एक जोड़ी छोड़ सकता है। परिणामी मलबे के पथों और ऊर्जाओं को सावधानीपूर्वक ट्रैक करके, वैज्ञानिकों ने उनके निर्माण के क्षण में लैम्ब्डा जोड़ी के द्रव्यमान का पुनर्निर्माण किया। उन्होंने विशेष रूप से जोड़ी बनाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के ठीक ऊपर के क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया, ताकि किसी भी असामान्य संरचना की तलाश की जा सके जो नए भौतिकी को प्रकट कर सके।
विश्लेषण से पता चला कि इन कण युग्मों का व्यवहार दो विशिष्ट प्रकार की क्वांटम गति द्वारा नियंत्रित होता है। एक प्रकार में कण बिना किसी कक्षीय गति (orbital motion) के विपरीत दिशाओं में घूमते हैं, जबकि दूसरे में वे एक विशिष्ट कक्षीय घुमाव के साथ एक ही दिशा में घूमते हैं। दोनों ही विन्यासों ने ठीक उसी थ्रेशोल्ड पर गतिविधि में एक महत्वपूर्ण, अप्रत्याशित उछाल दिखाया जहाँ कण पहली बार पैदा होते हैं। यह सुझाव देता है कि लैम्ब्डा और एंटी-लैम्ब्डा के बीच के बल इतने मजबूत हैं कि वे एक अस्थायी, बंधित-सदृश (bound-like) अवस्था बना सकते हैं, भले ही उनके पास स्वतंत्र रूप से उड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा न हो।
शायद सबसे चौंकाने वाली खोज डेटा के भीतर छिपे एक नए कण रेजोनेंस (resonance) की पहचान थी। उस विशिष्ट गति में जहाँ कण विपरीत दिशा में घूमते हैं, शोधकर्ताओं ने लगभग 2625 MeV/c² के द्रव्यमान और लगभग 140 MeV की चौड़ाई वाले एक कण के अनुरूप एक विशिष्ट शिखर (peak) पाया। उन्होंने इस नए अवस्था को एटा(2600) [eta(2600)] नाम दिया है। यह द्रव्यमान पहले से देखे गए एक रहस्यमय कण X(2600) के अनुरूप है, जिसे केवल पायोन और एक एटा प्राइम मेसॉन (eta prime meson) से जुड़े एक अलग क्षय चैनल में देखा गया था। तथ्य यह है कि यह नया कण लैम्ब्डा-एंटी-लैम्डा प्रणाली में समान द्रव्यमान और उत्पादन दर के साथ दिखाई देता है, यह सुझाव देता है कि एटा(2600) और X(2600) संभवतः एक ही भौतिक वस्तु हैं। यह सबसे भारी हल्के मेसॉन (light meson) को बनाया जाएगा जो अब तक देखा गया है।
यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह भारी मेसॉन की आंतरिक संरचना के बारे में एक नया सुराग प्रदान करती है। जबकि कुछ सिद्धांत सुझाव देते हैं कि यह कण चार क्वार्क्स से बना है, अन्य प्रस्ताव करते हैं कि यह एक "ग्लूबॉल" (glueball) है, जो पूरी तरह से उन ग्लुऑन्स से बना कण है जो स्ट्रॉन्ग फोर्स (strong force) को ले जाते हैं। लैम्ब्डा-एंटी-लैम्ब्डा प्रणाली में इस अवस्था का अवलोकन, जो विशिष्ट क्वांटम गुणों के प्रति संवेदनशील है, संभावनाओं को सीमित करने में मदद करता है। शोधकर्ताओं ने दूसरी गति प्रकार में एक व्यापक, थ्रेशोल्ड एन्हांसमेंट की उपस्थिति की भी पुष्टि की, जिसे दो कणों की एक अस्थायी बंधित अवस्था के रूप में व्याख्यायित किया जा सकता है। ये निष्कर्ष अस्तित्व के किनारे पर पदार्थ और एंटीमैटर कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, इसकी एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करते हैं, जो ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाले मौलिक बलों की हमारी समझ का परीक्षण करने के लिए नया डेटा प्रदान करते हैं।
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