Kvarkova gluonska plazma. Fiziki so "odvezali" magnetno polje in kvark-gluonsko plazmo. Obstoj in prejem

Kvark-gluonsko plazmo so fiziki doslej srečali le pri trkih dveh težkih visokoenergijskih jeder. Menili so, da pri asimetričnih trkih, ko zelo lahko jedro zadene težko jedro, ni mogoče doseči pogojev, potrebnih za kvark-gluonsko plazmo. Vendar pa kolaboracija PHENIX, ki je proučevala trke jeder helija-3 in zlata, trdi, da tudi tu nastaja plazma, vendar le v majhnih, subnuklearnih volumnih. Ti rezultati podpirajo nedavne špekulacije teoretikov o tem, kako bi lahko prišlo do tega procesa. Članek o sodelovanju je bil objavljen v žurnalu Physical Review Letters, njegova preliminarna različica pa je na voljo v elektronskem arhivu prednatisa arxiv.org.

Povedati je treba, da kljub številnim poskusom dolgo časa ni bilo mogoče jasno dokazati, da v jedrskih trkih dejansko nastane kvark-gluonska plazma, pa čeprav za kratek trenutek desetine joktosekund. Težava je v tem, da se kvark-gluonska plazma takoj razširi in ohladi na posamezne hadrone. Odletijo na vse strani, detektor jih zabeleži in vzpostavi splošno sliko širjenja, ne more pa preprosto ugotoviti, ali so se rodile takoj v obliki hadronskega plina ali so prešle skozi fazo vroče tekočine.

Nastanek kvark-gluonske plazme je mogoče zaznati na različne načine. Najprej morajo obstajati pravi hidrodinamični tokovi znotraj vroče jedrske "kapljice". Ko plazma razpade na hadrone, naj bi se pojavili v obliki hadronskih eliptičnih tokov in tokov kompleksnejših oblik (sl. 1 in 2). Obstajajo tudi bolj subtilni učinki, kot je dušenje curkov, ko se poskušajo prebiti skozi kvark-gluonsko plazmo, in taljenje hadronov v vroči plazmi.

Ko je trkalnik težkih ionov RHIC v zgodnjih 2000-ih trčil različna jedra, sta sodelavca PHENIX in STAR, ki sta delala na njem, opazila manifestacije kvark-gluonske plazme v trku dveh zlatih jeder (Au + Au), ni pa jih videla v asimetričnih trkih. najlažjega devterijevega jedra z zlatom (d+Au). To so razlagali takole: da se pojavi plazma, je treba v jedro "vsaditi" dovolj energije, da se protoni in nevtroni stopijo v celotnem volumnu jedra. Trk Au+Au preseže ta prag, trk d+Au pa ne.

V letih 2011–2012 je bil detektor PHENIX znatno nadgrajen z dodanimi novimi komponentami, ki so mu omogočile zbiranje več podatkov o čelnih trkih, pa tudi boljše merjenje lastnosti hadronov. Leta 2013 so novi poskusi trka d+Au že pokazali nekaj namigov kolektivnih učinkov, ki spominjajo na sledove kvark-gluonske plazme. In Veliki hadronski trkalnik, ki je trčil protone s svinčevimi jedri, je odkril tudi nekaj hadronskih korelacij. Vsi ti novi podatki se nekako niso dobro ujemali s splošno izjavo, da pri takih asimetričnih trkih sproščena energija ne zadostuje za taljenje jedra.

Ob razpravljanju o teh ne povsem jasnih vzorcih so fiziki razmišljali o tej možnosti: ali bi se lahko izkazalo, da se taljenje jedra in nastanek kvark-gluonske plazme ne zgodi v celotnem jedru, ampak le v majhnem "vročem območju", pri mesto neposrednega udara protona v jedro? Konkreten predlog za preizkušanje te ideje je bil objavljen leta 2014 (J. L. Nagle et al., 2014. Izkoriščanje intrinzične trikotne geometrije v relativističnih 3 trkih He+Au za razčlenjevanje lastnosti medija). Avtorji so predlagali, da eksperimentatorji izvedejo serijo eksperimentov na trku protona, devterona in helija-3 s težkim jedrom in izmerijo azimutalne značilnosti širijočih se hadronov.

Če, ko vsak visokoenergijski nukleon zadene jedro, dejansko nastane kanal kvark-gluonske plazme, bo talilno območje videti kot na sl. 3. To pomeni, da se bo med prehodom iz protona v devteron močno povečal eliptični tok, med prehodom v helij-3 pa se bo povečal "trikotni" tok. Na sl. Slika 1 prikazuje rezultate teoretičnega modeliranja, kako naj se trenutna kvark-gluonska plazma širi in kakšne hitrosti bodo hadroni pridobili po njenem razpadu. Izračuni so pokazali, da bi se takšen trikotni tok moral pojaviti, čeprav bi moral med širjenjem potisniti skozi nestaljeni del jedra. Če korelacije niso povezane s tvorbo kvark-gluonske plazme, ampak nastanejo na primer zaradi posebnega stanja jeder pred trkom (recimo kot v plazemskem modelu), potem tako močan vzorec ne bi smel biti opazili.

In prav pred kratkim je eksperiment PHENIX izvedel ključ treh predlaganih poskusov (podatki o d+Au so že na voljo, podatki o p+Au pa se bodo pojavili kasneje). Med trki helija-3 z zlatimi jedri na trkalniku RHIC leta 2014 se je nabralo približno pol milijarde dogodkov z velikim številom proizvedenih delcev, kar ustreza čelnim trkom. Porazdelitev proizvedenih delcev po azimultanem kotu in prečnem gibu je bila izmerjena z zelo visoko natančnostjo, kar je omogočilo zanesljivo identifikacijo komponent, ki opisujejo eliptične in trikotne tokove. Za odpravo sistematičnih napak je bila narejena primerjava s prejšnjimi rezultati istega trkalnika o trkih proton-proton, kjer naj ne bi bilo eliptičnih in trikotnih tokov.

Na sl. Slika 4 prikazuje rezultate merjenja eliptičnih in trikotnih tokov v 3 trkih He+Au. Njihovo intenzivnost označujeta koeficienta v 2 in v 3 . V skladu z napovedmi različnih modelov, ki upoštevajo hidrodinamične tokove med nastajanjem in širjenjem kvark-gluonske plazme, se oba koeficienta povečujeta s prečnim momentom hadronov. Med samimi modeli je nekaj razlik, vendar vsi, z izjemo enega, pravilno reproducirajo trend. Poskusi opisa teh podatkov brez upoštevanja kvark-gluonske plazme bi dali veliko nižje vrednosti za trikotni tok.

Dosežen dogovor je močan pokazatelj, da v trenutku, ko prihajajoči nukleon – sam ali kot del prihajajočega jedra – trči v jedro z visoko energijo, stopi jedrsko snov na mestu udarca. Za trenutek se tam oblikuje drobna kapljica kvark-gluonske plazme. Če je bilo prihajajoče jedro veliko, potem se vse te kapljice združijo in vodijo do taljenja celotnega jedra - točno to je bilo opaženo prej. Toda tudi če je jedro majhno, kot v primeru helija-3, še vedno pride do lokalnega taljenja, le kapljica kvark-gluonske plazme ostane majhna, na subnuklearnem nivoju. Tako je že tako kompleksna večstopenjska slika trkov relativističnih jeder dopolnjena še z eno podrobnostjo.

Vse to je videti zelo zanimivo in postavlja vprašanje: kakšen je minimalni jedrski sistem, v katerem lahko nastane kvark-gluonska plazma? Preprosto povedano, kaj je najmanjša kapljica kvark-gluonske plazme? Če se pojavi pri trku 3 He+Au, ali bi ga lahko oblikoval močan proton, ki bi udaril v težko jedro? In pri trkih dveh ultravisokoenergijskih protonov? In tisti nenavadni greben v porazdelitvi hadronov v dogodkih z izjemno velikim številom proizvedenih hadronov, ki ga je Large Hadron Collider odkril že leta 2010 - ali zagotovo ni na noben način povezan s kvark-gluonsko plazmo?

Vsa ta vprašanja lahko združimo v eno skupino: vprašanja o izvoru kolektivnih učinkov v majhnih skupinah hadronov. Zdaj vse bolj zanimajo fizike; Dovolj je omeniti nedavni kratek pregled rezultatov PHENIX na to temo, pa tudi dejstvo, da je bila na nedavni konferenci Quark Matter 2015 ta vrsta vprašanj vključena v ločen razdelek. Prihodnji rezultati PHENIX-a in drugih eksperimentov, skupaj z bolj izpopolnjenimi teoretičnimi izračuni, nam bodo omogočili, da jih bomo bolje razumeli.

Kvark-gluonska plazma - računalniški model

Kvark-gluonska plazma je agregatno stanje, v katerem je slednja skupek gluonov, kvarkov in antikvarkov. Nastajanje takšne plazme poteka podobno kot nastajanje navadne plazme.

Atomi navadne snovi so večinoma nevtralni, saj naboj njihovega jedra kompenzira elektron, ki se vrti okoli jedra. Ko se temperatura poveča, postanejo atomi ionizirani, kar pomeni, da elektron pridobi dovolj energije, da pobegne iz svoje orbite, kar povzroči ločeno pozitivno nabito jedro in negativno nabit elektron. To stanje snovi imenujemo plazma.

V primeru kvark-gluonske plazme je tako imenovana "barva" kompenzirana. Barva je ena od značilnosti kvarkov, ki sestavljajo delec - hadron, in gluonov - ki kvarke "zlepijo" skupaj (so nosilci močne interakcije).

Zaprtje

Kvarki in gluoni, ki sestavljajo hadrone, v običajnih pogojih ne morejo biti v prostem stanju. Torej, če jih poskušate "povleči" narazen na razdaljo, ki je večja od velikosti hadrona (10 -13 cm), se energija kvarkov in gluonov hitro in neomejeno poveča. Pojav nezmožnosti ločevanja kvarkov se imenuje "confinement", kar je iz angleščine prevedeno kot "zapor". Ta pojav opisujemo s prej omenjeno lastnostjo – barvo. Tako lahko le objekti, sestavljeni iz kvarkov, ki so beli, obstajajo v prostem stanju. Na primer, proton je sestavljen iz kvarkov, katerih barve so zelena, modra in rdeča, seštevek pa bela.

Vendar pa obstajajo pogoji, pod katerimi zaprtje deluje drugače. Takšni pogoji vključujejo ultra nizko temperaturo ali ultra visok tlak. V primeru takih pogojev se valovne funkcije dveh nukleonov (splošno ime za protone in nevtrone, ki sestavljajo jedro atoma) prekrivajo, preprosto povedano – zdi se, da ti delci »plezajo drug na drugega«. Posledično kvarki prenehajo razlikovati svoje naravne nukleone in se začnejo prosto gibati po celotnem volumnu jedra, sestavljenega iz teh nukleonov. Tako pride do zaprtja, vendar se prostornina njegove "jetniške kletke" znatno poveča. Posledično, več ko se nukleoni dotikajo in »prekrivajo«, večja je velikost »kletke«. Takšen pojav lahko doseže makroskopske lestvice ali več.

Obstoj in prejem

Kvark-gluonska plazma nastane kot posledica "superpozicije" številnih nukleonov drug na drugega, zaradi česar se kvarki prosto gibljejo znotraj volumna jedra, sestavljenega iz teh nukleonov. Takšna plazma obstaja predvsem v pogojih visokega tlaka, na primer v jedrih nevtronskih zvezd. Vendar pa je leta 2005 ameriškim znanstvenikom uspelo pridobiti kvark-gluonsko plazmo na trkalniku težkih ionov RHIC. Na tem pospeševalniku je bilo možno trčiti jedra s hitrostjo 99,99 % svetlobne hitrosti, zaradi trka se je sprostilo 20.000 GeV energije, tlak 10 25 –10 30 atmosferskega tlaka in temperatura 10 9 –10 10 K je bil kasneje dosežen podoben poskus na velikem hadronskem trkalniku v CERN-u pri visokih energijah.

S povečanjem števila delcev, ki nastanejo pri trkih protonov s protoni, in s povečanjem števila čudnih kvarkov v proučevanih delcih se poveča izkoristek čudnih hadronov v trkih

Sodelovanje ALICE (A Large Ion Collider Experiment) je našlo dokaze, da lahko trki protonov v Large Hadron Collider proizvedejo kvark-gluonsko plazmo – supergosto in zelo vročo tekočino, v kateri se komponente hadronske snovi lahko prosto gibljejo. To stanje snovi je značilno za vesolje v prvih mikrosekundah po velikem poku. Običajno se za proizvodnjo kvark-gluonske plazme uporabljajo težka jedra (svinčevo ali zlato) - domneva se, da so protoni za to prelahki. Nenavadno odkritje je nakazalo presežno število delcev s čudnimi kvarki, ki nastanejo pri trkih. Študija je bila objavljena v reviji NaravaFizika, je na kratko opisano v sporočilu za javnost CERN-a.

Po standardnem modelu so protoni in nevtroni, ki sestavljajo vso običajno snov okoli nas, sestavljeni iz manjših "gradnikov" - kvarkov, ki so med seboj povezani z gluonskimi polji (iz besede lepilo- lepilo). Toda če je mogoče odtrgati atom od molekule ali par protonov in nevtronov od jedra atoma - in v tem primeru nastane prost, nespremenljiv delec - potem je nemogoče odtrgati prosti kvark od proton. Energija, potrebna za to, se izkaže za ogromno - dovolj je, da se poleg "odtrganega" kvarka pojavi še en kvark. Ta pojav se imenuje konfinacija.

Če pa sistemu kvarkov in gluonov v protonu ali nevtronu daste veliko dodatne energije – ta sistem na primer segrejete na bilijone stopinj, lahko omejitev premagate. Istočasno bodo kvarki začeli zapuščati prostor, ki ga zaseda en nukleon, in tvorijo kvark-gluonsko plazmo. Zanimivo je, da se ta predmet obnaša bolj kot tekočina kot plin.

Najboljši način za posredovanje tako ogromne količine energije je, da vzamete dva delca in ju pri visoki hitrosti zdrobite skupaj. Na ta način je bila pridobljena kvark-gluonska plazma na Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in na LHC. Svinčevi ali zlati ioni, ki trčijo med seboj ali s protoni (devteroni), so delovali kot projektili v pospeševalnikih.

Eden od prepričljivih signalov o nastanku kvark-gluonske plazme je narava delcev, ki nastanejo v njej – zaznajo jih detektorji po razpadu plazme. Zaradi visokih energij v kapljici takšne snovi ne obstajajo le gornji in spodnji kvarki (valentni kvarki protonov in nevtronov), temveč tudi težji - čudni in šarm kvarki. Izkazalo se je, da med rojevajočimi se delci najpogosteje najdemo nenavadne hadrone (kaone, lambda delce itd.), rojstvo očaranih delcev (na primer J/ψ mezon) pa je v primerjavi z rojstvo v vakuumu. Za to so odgovorni procesi, ki spominjajo na zaščito pred nabojem. Več o tem lahko preberete npr.

Avtorji novega dela so prvič odkrili presežek nenavadnih delcev v proton-protonskih trkih. Fiziki so analizirali podatke, ki jih je zbral detektor ALICE med prvim zagonom velikega hadronskega trkalnika (2009–2013), ko je bila energija trka sedem teraelektronvoltov. Izkazalo se je, da pojav opazimo pri redkih trkih protonov, ko se naenkrat rodi veliko število delcev. Več ko se delcev pojavi kot posledica trka, večja je stopnja ustvarjanja nenavadnih hadronov in tudi, več nenavadnih kvarkov je v nenavadnem hadronu, ki ga proučujejo avtorji, močnejši se ta vzorec zanj manifestira.

Po besedah ​​Federica Antinorija so fiziki nad odkritjem zelo navdušeni. »Veliko smo se naučili o stanju prvobitne snovi. »Dejstvo, da smo odkrili pojav, ki ga običajno najdemo v kvark-gluonski plazmi, v majhnem in enostavnem sistemu – trk dveh protonov – odpira povsem novo dimenzijo preučevanja stanja, iz katerega je nastalo naše Vesolje. "

Hkrati sodobne teorije ne predvidevajo presežnega izkoristka nenavadnih delcev v proton-protonskih trkih. Ker se zdi, da je obnašanje sistema podobno trkom svinčevih jeder s svinčevimi jedri ali s protoni, fiziki ugotavljajo, da lahko vsem tem procesom obstaja neznan mehanizem.

Vrtinčena juha temeljnih gradnikov snovi se vrti deset milijard trilijonov krat hitreje kot najmočnejši tornado. To je nov rekord za vrtinčno gibanje.

Trki delcev, ki poustvarijo kvark-gluonsko plazmo, ki je popolnoma napolnila zgodnje vesolje, kažejo, da se kapljice te prvobitne juhe vrtinčijo veliko hitreje kot katera koli druga tekočina. Nova analiza podatkov iz relativističnega trkalnika težkih ionov (RHIC), ki se nahaja v Nacionalnem laboratoriju Brookhaven v New Yorku, je pokazala, da vrtinci kvark-gluonske plazme presegajo vrtinčno dinamiko gibanja tekočine v nastajajočih supercelicah tornada na Zemlji in celo v Bolšoj Jupitrovi rdeči pegi v številnih velikostih. Rotacijski rekord, ki so ga do nedavnega držale nano kapljice superfluidnega helija, je bil celo podrt.

Rezultati tega dela so bili objavljeni v Nature. Zdaj je raziskovalcem jasno, da jim je uspelo zabeležiti še en rekord, ki je bil dosežen zahvaljujoč neverjetnim lastnostim kvark-gluonske plazme. Ta tekočina, ki je sestavljena iz temeljnih gradnikov snovi – kvarkov in gluonov – ima temperaturo, ki je stotisočkrat višjo od samega središča Sonca, in izjemno nizko viskoznost (ali upor proti pretoku). Vodilni svetovni fiziki opisujejo te pojave kot »skoraj popolne« lastnosti. S preučevanjem teh lastnosti in dejavnikov, ki jih nadzorujejo, znanstveniki upajo, da bodo prišli do dna najmočnejši in najmanj razumljeni sili v naravi, tisti, ki je odgovorna za pretvorbo kvarkov in gluonov v protone in nevtrone, ki tvorijo večino vidnega snov v vesolju.

Jasni znaki razpada lambda hiperona na proton (p) in pion (π-). Ker proton izhaja v bistvu z enako poravnavo kot vrtenje hiperona, je s sledenjem lokacij, kjer protoni zadenejo senzor, mogoče izslediti vrtenje samih hiperonov.

Zlasti rezultati merjenja vrtinčenja ali vrtinčnega gibanja tekočine bi morali znanstvenikom pomagati pri odločanju med različnimi teoretičnimi opisi plazme. S še več podatki pa bodo lahko izmerili jakost magnetnega polja plazme, ki je zelo pomembna spremenljivka za preučevanje drugih zanimivih fizikalnih pojavov.

»Kar smo do nedavnega vedeli pri karakterizaciji kvark-gluonske plazme, nam je povedalo, da gre za vročo tekočino, ki se eksplozivno širi in teče zelo enostavno. Toda to tekočino želimo razumeti na še bolj podrobni ravni. Ali se termalizira (ali doseže ravnovesje) dovolj hitro, da se v sami tekočini začnejo tvoriti vrtinci? In če je temu tako, kako se sama tekočina odzove na te ekstremne vrtince?« Michael Lisa, fizik z univerze Ohio State. Nova analiza, ki jo je Michael izvedel s svojim podiplomskim študentom, omogoča sodelovanje način za dosego teh pričakovanih rezultatov.

Poravnava vrtljajev

"Teorija pravi, da če imamo tekočino z vrtinčnim gibanjem, to je z vrtečo se podstrukturo, potem se nagiba k poravnavi vrtljajev delcev, ki jih oddaja, v isto smer kot vrtenje."

In čeprav lahko kvark-gluonska tekočina vsebuje veliko majhnih naključno usmerjenih "vrtincev", mora biti njihova rotacija v povprečju usklajena s tem, kar je znano kot zagonska količina sistema (kotna zagonska količina) - rotacija sistema, ki jo ustvarijo trki delcev kot drug mimo drugega letita s hitrostjo blizu svetlobne.

Da bi sledili vrtečim se delcem in njihovi vrtilni količini, fiziki povezujejo meritve, opravljene hkrati na dveh senzorskih komponentah. Prva meritev je bila opravljena z dvema senzorjema, ki se nahajata na sprednjem in zadnjem robu detektorja STAR, ki je velik kot hiša. Poskus je meril subtilna odstopanja v poteh trkajočih se delcev, ko so šli drug za drugim. Velikost in smer odklona povesta fizikom o velikosti kotne količine dogodka in v katero smer se je dogodek zgodil. Sam detektor STAR se nahaja v posebni komori Time Project Chamber, v kateri je drugi eksperiment potekal sočasno s prvim. Ta komora je napolnjena s plinom, ki obdaja območje trka delcev, in tu je mogoče slediti sledom na stotine ali celo tisoče drugih delcev, ki izstopijo pravokotno na središče trka.

»Predvsem iščemo znake prisotnosti lambda hiperonov – vrtečih se delcev, ki razpadejo na proton in pion, kar opazujemo v komori Time Project Chamber. Ker je proton izvržen skoraj natančno poravnan s smerjo vrtenja hiperona, lahko s sledenjem, kje zadenejo kamero, izsledite, v katero smer je usmerjen vrtenje hiperona,« Ernst Sichtermann, višji znanstvenik pri detektorju STAR in Lawrence Berkeley National Laboratorij.

»Iščemo nekaj sistematičnih preferenc za smer teh hčerinskih protonov, usmerjenih na določen način glede na kotni moment, ki ga merimo v sprednjih in zadnjih senzorjih STAR. Velikost tega želenega trenutka nam pove stopnjo vrtinčnega gibanja, to je povprečno raven vrtinčenja, kvark-gluonske plazme.

Super spin

Rezultati kažejo, da trki v detektorju RHIC ustvarijo tekočino z najmočnejšim vrtinčnim gibanjem, kar jih je bilo kdaj zabeleženo. Vrtenje te tekočine je veliko hitrejše od vrtenja pospešenega tornada in hitrejše od vrtenja katere koli laboratorijske tekočine. Tako znanstveniki pridejo do zaključka, da je to najbolj idealna tekočina od vseh možnih, saj ima zelo nizko viskoznost in visoko vrtinčenje. Ti podatki bodo koristni tudi za oceno, kaj različne teorije napovedujejo o vrtinčnem gibanju kvark-gluonske plazme.

»Različne teorije govorijo o različnih stopnjah vrtinčnega gibanja, odvisno od tega, katere parametre vključujejo. Tako bodo naši rezultati pomagali razvrstiti vse te teorije in ugotoviti, kateri dejavniki so najpomembnejši. Te teorije imajo eno skupno stvar: vse podcenjujejo vrtinčno gibanje. Naše meritve kažejo, da se dogaja veliko bolj aktivno, celo hitreje, kot so domnevali doslej.«

To odkritje je prišlo med delom na enem od programov, implementiranih na detektorju DHIC. Izbrali so ga zaradi njegove sposobnosti sistematičnega spreminjanja energij trkov v obsegih, v katerih je mogoče opazovati druge posebej pomembne pojave. Pravzaprav teorije kažejo, da ima lahko RHIC optimalno območje za odkrivanje in kasnejše raziskovanje poravnave vrtincev, saj se ta učinek zmanjša pri višjih energijah.

Povečano število lambda hiperonov, ki jih je treba zaznati v prihodnjih trkih na RHIC, bo izboljšalo sposobnost znanstvenikov za uporabo teh meritev za izračun jakosti magnetnega polja, ki nastane pri trkih. Moč magnetizma vpliva na gibanje nabitih delcev, ko nastajajo in izhajajo iz trkov RHIC, zato je merjenje njegove moči pomembno za popolno karakterizacijo kvark-gluonske tekočine, vključno s tem, kako ločuje delce z različnimi naboji.

"Teorija napoveduje, da je magnetno polje, proizvedeno v eksperimentih s težkimi ioni, veliko višje od katerega koli drugega v celotnem vesolju."

Po podatkih nacionalnega laboratorija Brookhaven.

Slika 1. Primer vizualizacije dogodka med trkom žarkov svinčevih ionov pri eksperimentu ATLAS

Študij kvark-gluonske plazme

Ena od usmeritev skupine MEPhI v eksperimentu ATLAS je iskanje signalov novega stanja snovi, imenovanega kvark-gluonska plazma (QGP). Pri visokih energijskih gostotah najmanjši osnovni delci, ki tvorijo snov - kvarki in gluoni (togo povezani z zakoni kvantne kromodinamike) - pridobijo asimptotično svobodo. Snov lahko izvede ta fazni prehod pri temperaturi 2500 gigakelvinov, kar je 100.000-krat bolj vroče kot v jedru Sonca.

Pri trkih svinčenih jeder v Large Andon Colladerju je gostota energije nastale jedrske snovi 30-krat višja od tiste, ki je bila dosežena prej, kar bi lahko zadostovalo za rojstvo kvark-gluonske plazme, to je stanja, v katerem kvarki in gluoni so v stanju dekonfinacije. Preučevanje tega stanja snovi omogoča temeljito preverjanje zakonov kvantne kromodinamike (QCD).

Skupina MEPhI trenutno izvaja raziskave na naslednjih področjih:

• Študij mnogoterosti nastajanja nabitih delcev pri p+Pb trkih;
• Študij pT spektrov nabitih delcev v p+Pb trkih;
• Skaliranje proizvodnje bozona Z pri trkih Pb-Pb;

Raziskave potekajo v tesnem sodelovanju z Univerzo Columbia (ZDA), Brookhaven National Laboratory (ZDA), CERN (EU), Weizmann Institute of Science (Izrael).

Najpomembnejši rezultati raziskave so prikazani na spodnjih slikah.

Rezultati rekonstrukcije Z bozonov za načina razpada ee in μμ (leva slika) potrjujejo odsotnost zatiranja njihove proizvodnje s supervročim jedrskim okoljem.

Študije mnogoterosti nabitih delcev (osrednji lik) lahko znatno zmanjšajo negotovosti v teoretičnih modelih, ki opisujejo trke protonov in ionov.

Preučevanje porazdelitve prečne količine nabitih delcev (desna slika) nam omogoča preučevanje porazdelitev gluonov, pa tudi nelinearne učinke nasičenja, ki jih lahko opazimo v valovnih funkcijah nukleona (Pb) in protona.

Slika 2. Porazdelitve invariantne mase Z -> ee (levo) in Z -> μμ (desno) v podatkih in MS.

Slika 3. Porazdelitve psevdohitrosti izmerjene gostote nabitih delcev dN ch /dη za več središčnih intervalov p+Pb trkov pri energiji v sistemu središča mase √(S NN) =5,02 TeV

Slika 4. Invariantni diferencialni spektri nabitih delcev v p+Pb trkih pri energiji v sistemu masnega središča √(S NN) =5,02 TeV

Članki in poročila na konferencah:

1. ATLAS sodelovanje; “Merjenje proizvodnje Z bozona v Pb-Pb trkih pri √(S NN)=2,76 TeV z detektorjem ATLAS”; Phys. Rev. Lett 110, 022301 (2013)
2. ATLAS sodelovanje; “Merjenje centralne odvisnosti porazdelitve psevdohitrosti nabitih delcev pri trkih protona in svinca pri √(S NN) = 5,02 TeV z detektorjem ATLAS”; ATLAS-CONF-2013-096
3. ATLAS sodelovanje; “Odvisnost prečne količine, hitrosti in središčnosti proizvodnje nabitih delcev v trkih p+Pb √(S NN)=5,02 TeV, izmerjenih z eksperimentom ATLAS na LHC”; ATLAS-CONF-2013-107
4. Šulga, E; »Odvisnost proizvodnje nabitih delcev od središča pri trkih protona in svinca, merjena z ATLAS-om«; Int. Konferenca o začetnih fazah visokoenergijskih jedrskih trkov. 8-14 september 2013

Kontakti:

Šulga Evgenij Aleksandrovič

[e-pošta zaščitena]