Дані експерименту ALICE на Великому адронному колайдері ЦЕРН, про які повідомляє SciTechDaily, свідчать, що глюони всередині атомних ядер на дуже малих масштабах починають поводитися колективно. Результати краще узгоджуються з явищем насичення глюонів, ніж із традиційним поясненням через так зване ядерне «затемнення».
Глюони зв’язують кварки в протони й нейтрони та визначають структуру більшої частини видимої матерії. Дослідження, проведене за участі фізика з Університету Канзасу, показало, що експерименти можуть розрізнити дві конкуруючі моделі поведінки глюонів у ядрах.
Як ALICE «просвічує» ядра
Робота виконана на детекторі ALICE під час другого сеансу роботи Великого адронного колайдера. У цих умовах швидкі ядра свинцю пролітають дуже близько одне до одного, не вступаючи у пряме зіткнення. Надзвичайно сильні електромагнітні поля навколо ядер поводяться як пучки високоенергетичних фотонів.
Коли один із таких фотонів влучає в інше ядро, може на мить утворитися частинка J/ψ. Її народження є чутливим зондом до розподілу глюонів усередині ядра. У новій роботі вперше виконано багатовимірне вимірювання так званого некогерентного фотоядерного утворення J/ψ — одночасно за енергією взаємодії та переданим імпульсом.
На відміну від підходів, які усереднюють розподіл глюонів по всьому ядру, некогерентне утворення J/ψ дозволяє бачити локальні флуктуації густини глюонів. Це дає змогу досліджувати структури, менші за протон.
«Мікроскоп» з роздільною здатністю менше фемтометра
Дані ALICE показують, як змінюється картина при різних значеннях переданого імпульсу, що фактично відповідає зміні «фокусу» експериментального мікроскопа. Вимірювання проводили на просторових масштабах близько 0,6, 0,3 і 0,2 фемтометра. Найкраща роздільна здатність відповідає структурам приблизно в чотири рази меншим за протон.
Автори порівнюють це з ядром, збільшеним до розмірів футбольного стадіону: на найвищій роздільній здатності ALICE здатен розрізняти деталі завширшки лише кілька ярдів на полі. Саме на таких масштабах стає помітною складна організація глюонних полів.
Фізик Даніель Тапія Такакі (Daniel Tapia Takaki) з Університету Канзасу, член колаборації ALICE, наголошує, що майже вся маса видимого Всесвіту — від атомів у нашому тілі до речовини в зорях — походить не від самих кварків, а від енергії, яку несуть глюони та сильна взаємодія. Тому розуміння поведінки глюонів у ядрах є ключем до розуміння маси й структури матерії.
Пригнічення J/ψ і межі ядерного «затемнення»
Для аналізу дослідники виміряли некогерентне утворення J/ψ у діапазоні енергій фотон–ядро від 20 до 633 мільярдів електронвольт. Паралельно відстежували, як змінюється картина з переданим імпульсом, тобто з просторовим масштабом, на якому «розглядається» ядро.
Результати виявили виразний ефект: на найменших просторових масштабах, до яких дійшов експеримент, швидкість утворення частинок J/ψ виявилася суттєво пригніченою. Статистична значущість цього пригнічення становить близько трьох сигм, що вказує на малу ймовірність випадкового походження ефекту.
Традиційно подібні явища пояснювалися механізмом ядерного «затемнення». У цій картині глюони всередині ядра частково перекриваються й «затіняють» одне одного, подібно до шарів хмар, які блокують сонячне світло, зменшуючи ймовірність певних процесів народження частинок.
Однак нові вимірювання показують, що одного лише ядерного затемнення недостатньо, щоб відтворити спостережуване пригнічення J/ψ на найдрібніших масштабах.
Насичення глюонів і «гарячі плями»
Тапія Такакі та його колеги розвивали як експериментальний підхід, так і теоретичні моделі, де глюони згруповані в локалізовані області підвищеної густини — так звані «гарячі плями». У моделях, що залежать від енергії, ці щільні регіони змінюються зі зростанням енергії зіткнення й можуть нести відбитки нових режимів сильної взаємодії.
Спостережуване пригнічення J/ψ узгоджується з іншим явищем, передбаченим квантовою хромодинамікою — насиченням глюонів. У цьому режимі глюони стають настільки густо «упакованими», що починають інтенсивно взаємодіяти між собою, обмежуючи кількість глюонів, які можуть існувати в заданому об’ємі простору.
Таким чином, результати ALICE вказують, що на екстремально малих масштабах глюони в ядрах поводяться не як незалежні частинки, а як колективна система. Це відкриває шлях до точнішого вивчення сильної взаємодії та структури матерії в режимах, які раніше залишалися недосяжними для експерименту.
#Експеримент #ALICE #виявив #колективну #поведінку #глюонів #ядрах
Source link
