Как сообщает наш новостной портал, экспериментальная программа ALICE, реализуемая на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, принесла физикам существенно более ясное понимание того, каким образом ведут себя глюоны в недрах атомных ядер. Полученные свидетельства, как отмечается в публикации, способны помочь разграничить две конкурирующие гипотезы, описывающие процессы, протекающие в предельно малых масштабах. Центральную роль в этом исследовании, о чем информирует наш сайт, сыграл физик из Канзасского университета Дэниел Тапиа. Результаты работы увидели свет в журнале Physical Review Letters.
Исследователи отрапортовали о первом многомерном эффекте некогерентного J/ψ фотоядерного производства, которое позволяет отслеживать как взаимодействие напряжения, так и передачу импульса. Подобный подход, разработанный в ходе эксперимента, дает возможность изучать распределение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной детализацией. Глюоны, являясь частицами, обеспечивающими связь кварков посредством сильного взаимодействия, играют ключевую роль в формировании массы обычного вещества. Хотя кварки и принято называть фундаментальными составляющими протонов и нейтронов, львиная доля массы видимой материи возникает из энергии, переносимой глюонами и сильными взаимодействиями.
Роль глюонов в формировании массы материи
«Хотя кварки часто называют фундаментальными строительными блоками материи, почти вся масса видимой Вселенной — от атомов в наших телах до материи внутри звезд — на самом деле возникает из энергии, переносимой глюонами и независимыми силами, которая связывает кварки вместе», — приводит наш сайт слова физика-ядерщика Дэниела Тапиа Такаки, профессора физики и астрономии в KU и члена коллаборации ALICE. «Поэтому понимание того, как ведут себя глюоны внутри ядер, важно для понимания того, как сама материя обретает свою массу и структуру».
Тапиа Такаки провел исследование в тесном сотрудничестве с учеными Чешского технического университета в Праге. Канзасский университет поддерживает институциональное партнерство с этим вузом, включающее студенческие обмены и иные формы взаимодействия. Это сотрудничество, как подчеркивается, имеет важное значение для развития экспериментальной базы и теоретических моделей.
Для изучения небольших изменений в распределении глюонов внутри ядер исследователи применили метод, известный как некогерентное J/ψ фотоядерное производство. «Измерения были выполнены с использованием данных, во время второго запуска Большого адронного коллайдера, где быстро движущиеся ядра свинца передаются близко друг к другу, не сталкиваясь напрямую», — сказал Тапиа Такаки. «В этих случаях интенсивные электромагнитные поля, окружающие ядра, обеспечивают себя лучами фотонов высокой энергии. Когда один из этих фотонов сталкивается с другими атомами, он может на короткое время образовать частицу, называемую J/ψ, образование которой обеспечивает видимый зондирующий контакт на основе глюонной структуры».
В ходе второго запуска Большого адронного коллайдера ядра свинца, разогнанные до околосветовых скоростей, проходили в непосредственной близости друг от друга, не вступая в прямое столкновение. Такая конфигурация позволяла создать мощные электромагнитные поля, которые, в свою очередь, генерировали поток высокоэнергетических фотонов. Когда такой фотон взаимодействовал с ядром, он мог на краткий миг породить J/ψ-мезон, чей распад оставлял характерный сигнал, служащий зондом для изучения глюонной структуры.
Многие меры, как правило, эффективно усредняют распределение глюонов по всему ядру. Некогерентное J/ψ производство, напротив, способно свидетельствовать о локальных изменениях плотности глюонов. Это позволяет объединить структуру даже с меньшим количеством протона. Мощные глюонные поля внутри атомных ядер играют центральную роль в сцене почти всей видимой материи, однако физики до сих пор не до конца понимают, как большое количество глюонов ведет себя вместе.
«Наши эксперименты с использованием некогерентного изображения подобны переходу от размытого изображения к микроскопу высокого разрешения», — сказал Тапиа Такаки. «Этот процесс позволяет нам увидеть, как глюоны колеблются и организуются внутри ядер. Изменяя передачу импульса, наш эксперимент эффективно меняет фокус нашего микроскопа. При разрешении 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра ALICE постепенно исследовала меньшие области внутри ядра. Лучшее определение соответствует структурам, размер которых составляет лишь четверть размера протона».
Тапиа Такаки предложил другой способ представить этот уровень точности. Если бы атомное ядро было увеличено до размеров футбольного стадиона, самого высокого разрешения эксперимента было бы достаточно, чтобы различить на поле детали размером всего в несколько ярдов.
«В этих необычайных масштабах мы наблюдаем, что глюоны начинают вести себя коллективно — явление, известное как глюонное насыщение», — сказал он.
Тапиа Такаки помог разработать этот экспериментальный подход и внести вклад в теоретические модели, что, в свою очередь, открывает новые горизонты для понимания фундаментальных свойств материи.
дели, которые в глюонах движутся в локальных областях с особенно высокой плотностью, иногда называемой «горячими точками».
В энергозависимых моделях самые важные точки эти плотные области преобразуются в минимальное увеличение энергоэффективности. Их поведение может привести к ученым выводам ранее неисследованной физики, связанной со связными взаимодействиями.
В новой работе исследователи измерили некогерентный J/ψ Производство энергии фотонов-ядер составляет от 20 до 633 миллиардов электрон-вольт. Они также изучили, как этот процесс меняется в зависимости от передачи импульса, определяющего пространственный объем внутри ядра.
«Результаты выявили яркую закономерность», — сказал он. сказал исследователь КУ. «В наименьших пространственных масштабах, исследуемых в эксперименте, производительность Дж/ψ количество частиц значительно ограничивается со статистической инновационностью около трех стандартных отклонений».
Вызов ядерной слежки
Это неожиданное подавление является проблемой для давних объяснений под названием «ядерное представление». что успешно объяснило более ранние измерения.
«В этих теориях глюоны внутри ядер частично перекрываются и затеняют друг друга — подобные слои облаков, блокирующие солнечный свет, — что соблюдаются меры контроля процессов образования частиц», — сказал он. — сказал он.
Последние измерения показывают, что затенения земли достаточно для того, чтобы обеспечить наблюдаемую картину.
Вместо этого результаты согласуются с глюонным насыщением, явлением, предсказанным квантовой хромодинамикой, теорией, описывающей сильное взаимодействие.
«Вместо этого наблюдения согласуются с другим явлением, известным как «глюонное насыщение», предсказанной теорией квантовой хромодинамики, которая описывает сильное взаимодействие», — сказал он. — сказала Тапиа Такаки. «В этом режиме глюоны становятся настолько плотно упакованными, что начинают сильно взаимодействовать друг с другом, ограничения, насколько они могут существовать в данной области».