Физики впервые обнаружили след от струи частиц в кварк-глюонной плазме
Эксперимент на Большом адронном коллайдере зафиксировал диффузионный след, который оставляет струя частиц в кварк-глюонной плазме. Его предсказали около 20 лет назад.
Никита ЛактюшинРедактор Hi-Tech Mail
Коллаборация CMS на Большом адронном коллайдере Европейской организации по ядерным исследованиям опубликовала в журнале Physical Review Letters первое экспериментальное наблюдение диффузионного следа. Так называют область, где частиц заметно меньше обычного. Она возникает позади струи, летящей сквозь кварк-глюонную плазму. Существование такого эффекта теоретики предсказали примерно 20 лет назад, но обнаружить его не удавалось.
Кварк-глюонная плазма — состояние вещества, в котором кварки и глюоны не заперты внутри протонов и нейтронов. Такая среда существовала в первые мгновения после Большого взрыва. Физики воссоздают ее в лаборатории, сталкивая ядра свинца. Кварки и глюоны, разлетающиеся из точки столкновения, превращаются в узкие пучки частиц — струи. Проходя через плазму, струя передает ей часть энергии и импульса, и среда на это откликается. Диффузионный след — одна из форм такого отклика: в направлении, противоположном движению струи, частиц становится меньше, как за лодкой на воде.
Задача осложнялась тем, что в одном столкновении след не разглядеть, он тонет в фоновых колебаниях. Исследователи проанализировали миллионы столкновений ядер свинца при энергии 5,02 тераэлектронвольта на пару нуклонов и сравнили их со столкновениями протонов. Плазма в протонных столкновениях не образуется, поэтому они служат точкой отсчета. Команда изучала события, в которых рождаются две струи, летящие в противоположные стороны, и смотрела, как распределяются частицы вокруг них. Кроме того, ученые меняли угловое расстояние между струями. Так удалось отделить след от других эффектов.
В столкновениях ядер свинца поток частиц с малым импульсом (от 1 до 2 гигаэлектронвольт) в направлении, противоположном ведущей струе, оказался заметно ниже, чем в протонных. Значимость сигнала превысила пять стандартных отклонений — это порог, после которого физики говорят об открытии. Чем центральнее столкновение и чем больше вещества вовлечено в реакцию, тем сильнее выражен эффект.
Профессор Университета Иллинойса в Чикаго Ольга Евдокимова назвала результат «кульминацией многолетних поисков» эффекта следа. Постдок того же университета Рагхунатх Прадхан считает, что измерение диффузионного следа «открывает путь к новой точной характеристике свойств кварк-глюонной плазмы». Сравнивая данные с расчетами, ученые смогут проверить разные модели взаимодействия струй со средой.
ФизикаПоделиться
