З'являються нові натяки на кварк-глюонну плазму в протонних зіткненнях • Ігор Іванов • Новини науки на "Елементи" • Детектор ALICE, Властивості адронів

З'являються нові натяки на кварк-глюонну плазму в протонних зіткненнях

Відносна частка дивних баріонів в порівнянні з протонами (по вертикалі) При збільшенні множинності зіткнення (по горизонталі). суцільні символи – нові результати протон-протонних зіткнень, порожні символи – дані з протон-ядерних зіткнень. Графік з сайту aliceinfo.cern.ch

Кварк-глюонна плазма – це особливий стан ядерного речовини при високій щільності і температурі. У ній окремі протони і нейтрони немов розчиняються один в одному, і складові їх кварки починають вільно гуляти по обсягу. Кварк-глюонна плазма заповнювала гарячу Всесвіт в перші миті після Великого вибуху. Зараз, намагаючись розібратися з її властивостями, фізики на лічені іоктосекунди створюють дрібні крапельки такого стану матерії в зіткненнях важких ядер і аналізують частки, що народжуються при її розльоті і охолодженні. Вивчення кварк-глюонної плазми – один з ключових пунктів наукової програми Великого адронного коллайдера, і один з детекторів, ALICE, був спеціально сконструйований для цього завдання.

Кварк-глюонна плазма була відкрита експериментально на початку 2000-х років і активно вивчалася на LHC (див.стрічку наших новин по цій темі). Однак вона легко виникає тільки в зіткненнях важких ядер. Це і зрозуміло: в ядрах і так вже міститься дуже багато кварків, тому досить нагріти цей згусток матерії при ударі, і він перетвориться в плазму. Пару років назад колаборація PHENIX отримала свідоцтва на користь того, що і в несиметричних зіткненнях ядер гелію-3 з золотом теж можливий цей процес (див. Докладну розповідь і загальне введення в тему в нашій новині Крихітні краплі кварк-глюонної плазми утворюються і в несиметричних ядерних зіткненнях). Однак питання про те, чи може такий стан речовини утворитися в протон-протонних зіткненнях, залишається відкритим.

З одного боку, в зіткненнях двох протонів високих енергій дійсно може народитися багато частинок. На LHC були зареєстровані події з великою множинністю, в яких народжувалося більше сотні адронів. Це означає, що в процесі зіткнення виникають сотні кварків і антикварків. Але вони народжуються не на самому початку жорсткого зіткнення, а в кінці процесу. Тому зовсім незрозуміло, чи встигають вони при розльоті досить багато раз провзаємодіяти один з одним, придбати колективні властивості, вирівняти температуру, і утворити справжню плазму.

Фізики намагаються відновити цей процес з різних непрямими ознаками (приклади див. В наведених вище посиланнях). Один з них – це підвищена ймовірність народження дивних адронів, частинок, що містять дивний кварк. У вихідних протонах цих кварків немає, але вони народжуються в зіткненнях. Якщо результат зіткнення – це просто народження і розліт декількох кварків, без утворення плазми, то дивних адронів буде мало і розлітатися вони будуть з досить великими поперечними імпульсами. Якщо ж плазма встигла утворитися, то в гущі кварковой матерії встигають тепловим чином народитися численні дивні кварки, які потім перетворюються в дивні адрони. У підсумку, при переході від звичайного зіткнення до кварк-глюонної плазми повинна рости відносна частка дивних адронів.

Нещодавно колаборація ALICE провела саме таке дослідження в протон-протонних зіткненнях при енергії 7 ТеВ. Стаття колаборації була днями опублікована в журналі Nature Physics; як і всі статті з LHC, вона знаходиться у відкритому доступі. На сайті ЦЕРНу з'явилася також популярна замітка про цю роботу.

На малюнку наведено зведений графік результатів дослідження.По горизонталі відкладена множинність процесу зіткнення (число заряджених адронів на одиницю швидкості в центральній області детектора). По вертикалі – відношення кількості баріонів певного типу до значення, усередненим по всіх зіткнень. Чотири типу частинок – це протони (червоні символи), лямбда-баріони, що містять один дивний кварк, (сині символи), ксі-баріони (два дивних кварка, зелені символи), і омега-баріони (три s-кварка, сірі символи) . Зафарбовані значки показують нові результати в протон-протонних зіткненнях, порожні – вимірювання в протон-ядерних зіткненнях, в умовах, де кварк-глюонної плазми народитися простіше.

Дані показують чіткий зростання відносного числа дивних частинок зі збільшенням множинності. При цьому чим більше дивних кварків в адрони, то все більше зростання. При рівних значеннях множинності залежність приблизно однакова для протон-протонних, протон-ядерних і чисто ядерних зіткнень (вони тут не показані), причому всі ці три процеси відбувалися при різних енергіях. Це свідчить на користь того, що в протонних зіткненнях запускаються ті ж процеси масового народження дивних кварків, як і в зіткненнях ядер.Порівнявши результати з теоретичними моделями, фізики з'ясували, що найкраще опис дає та з них, яка дозволяє глюонів полях утворювати більш вільні конфігурації, характерні, в тому числі, і для кварк-глюонної плазми. Однак від остаточного вердикту, що в протонних зіткненнях виявлена ​​кварк-глюонна плазма, експериментатори поки утримуються.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: