Assunto visível, ou o material que compõe as coisas que vemos, é feito de partículas que podem ser consideradas como blocos de construção feitos de mais blocos de construção, sempre diminuindo de tamanho, até o nível subatômico. Os átomos são feitos de coisas como prótons e nêutrons, que são compostos de blocos de construção ainda menores, como quarks. Estudar esses menores blocos de construção requer experimentação onde as partículas atômicas são aceleradas e quebradas, em seguida, trabalho teórico para compreender e descrever o que aconteceu.

O professor assistente de física da UConn, Luchang Jin, estuda física de partículas e nuclear, e está trabalhando para entender mais sobre as partículas subatômicas e como elas se comportam. Jin apresentará descobertas recentes no Encontro de Outono de 2021 da Divisão de Física Nuclear da American Physical Society em outubro.

"O tópico descreve como os quarks mudam os sabores, 'ou transição, devido a interações fracas, "diz Jin." O modelo padrão descreve quatro tipos de interações e as interações fracas são um deles. Estudamos os parâmetros que descrevem a probabilidade de transição. "

Quarks podem ter seis tipos de "sabores" ou diferenças de massa e carga - para cima, charme, baixa, fundo, principal, e estranho - e entender como eles mudam de um sabor para outro, Jin diz, pode nos ajudar a entender mais sobre o funcionamento interno do universo.

Jin explica que esta pesquisa está investigando a probabilidade de quarks up passarem por quarks down. A probabilidade de transição dessa mudança de sabor e as probabilidades de quarks up em transição para outros quarks devem somar um, mas eles não, e esse déficit é intrigante.

"Isso pode indicar algo, por exemplo, que infelizmente não medimos esses valores com precisão suficiente, "Jin diz." Pode ser uma indicação de que existem algumas novas partículas que ainda não conhecemos, e isso será muito emocionante. O trabalho que estou tentando fazer é tentar me certificar de que medimos essas quantidades com precisão. "

Jin diz que os aspectos experimentais deste trabalho estão relativamente bem; o gargalo, Contudo, é com o aspecto teórico, que Jin espera ajudar a resolver determinando as relações entre as probabilidades de transição de quark a partir dos dados experimentais de probabilidades de transição de hádron.

Hádrons são um tipo de partícula subatômica feita de dois ou mais quarks que são classificados pela força de suas interações entre si em uma escala de "carga de cor". Contudo, algumas partículas carregadas de cor não podem ser estudadas em condições normais e, portanto, são chamadas de "confinadas por cor". Devido ao confinamento da cor, experimentalistas não podem isolar um quark livre, os quarks sempre vivem dentro de hádrons neutros de cor.

Ao usar uma série de ferramentas teóricas, como em grande escala, cálculos de cromodinâmica quântica (QCD), e a aplicação da teoria, como a teoria da perturbação quiral, pesquisadores trabalham para entender melhor essas relações nos processos experimentais, disse Jin.

"Estou trabalhando para determinar as probabilidades de transições de quark a partir das entradas experimentais. Existem muitas entradas experimentais diferentes que podemos usar."

Os pesquisadores foram capazes de resolver uma parte do quebra-cabeça resolvendo a incerteza nos cálculos teóricos que relacionam uma entrada experimental às probabilidades de transição de quark desejadas.

"Contudo, que a entrada experimental em si não é muito precisa, "Jin diz." Resolvemos a parte teórica, mas esse processo de transição do hadron é um pouco difícil para os experimentalistas. Se realmente quisermos determinar a probabilidade de transição de quark desse processo, precisamos melhorar a precisão experimental em cerca de dez vezes. Depois desse trabalho, se tornará um processo muito limpo do ponto de vista teórico. "

Na reunião APS, Jin apresentará dados explorando parâmetros de outra opção de sabor; desta vez, para saber como um quark up muda para um quark estranho.

Esse trabalho é semelhante, e os pesquisadores foram capazes de aplicar o mesmo cálculo e teoria para determinar as constantes de baixa energia relevantes na teoria de perturbação quiral. "Agora conhecemos as constantes de baixa energia muito bem devido a esse cálculo, mas isso não resolve todo o problema devido à limitação da teoria de perturbação quiral. "

Jin também apresentará dados mais recentes para o trabalho em andamento, incluindo inovações para contabilizar os fótons que possuem propriedades que podem levar a dificuldades nos cálculos, redução na precisão, e erro sistemático,

"Estamos tentando fazer o cálculo da rede de uma maneira diferente para evitar completamente esses problemas da teoria de perturbação quiral, "diz Jin.

O trabalho para obter mais precisão continua a compreender os sabores e as forças que mantêm a matéria visível unida, Jin diz.

"Este é um trabalho contínuo e, naturalmente, para prosseguir, não se pode esperar para tentar resolver os outros problemas. Este trabalho é a fronteira de nossa compreensão da natureza. "