- 29,049
- 46
- 8 Ноя 2022
Глюоны перестают подчиняться привычной модели. На масштабе 0,2 фемтометра.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики смогли заглянуть внутрь атомного ядра глубже, чем прежде, и обнаружили странную картину: на самых малых масштабах глюоны ведут себя не совсем так, как предсказывает привычная модель. Данные эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере показали, что при высоких энергиях рождение частиц J/ψ подавляется сильнее ожидаемого. Лучше всего результат объясняет насыщение глюонов, при котором их плотность уже не может бесконечно расти.
Глюоны связывают кварки внутри протонов и нейтронов и переносят сильное взаимодействие. Именно энергия кварков, глюонов и их взаимодействий создаёт основную часть массы протонов и нейтронов. Поэтому физиков давно интересует, как глюоны распределены внутри ядра и что происходит с ними при очень высоких энергиях.
Увидеть отдельный глюон напрямую нельзя, поэтому исследователи используют другие частицы как зонд. В ALICE эту роль выполнял J/ψ-мезон, состоящий из очарованного кварка и его антикварка. Вероятность рождения J/ψ зависит от распределения глюонов в ядре, поэтому по таким событиям можно восстановить картину происходящего внутри.
Для эксперимента использовали ядра свинца , разогнанные почти до скорости света. Они проходили рядом друг с другом, но не сталкивались напрямую. Мощное электромагнитное поле одного ядра при этом действует как поток высокоэнергетических фотонов. Фотон может ударить по другому ядру и породить J/ψ.
Особенно важен некогерентный вариант такого процесса. Он чувствителен не к ядру целиком, а к небольшим неоднородностям глюонного поля. Благодаря этому физики смогли исследовать области меньше протона.
Глубину такого просмотра меняли через переданный импульс. Чем он выше, тем меньший участок ядра попадает под наблюдение. ALICE достиг разрешения примерно 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра. Один фемтометр равен 10⁻¹⁵ метра, а минимальный масштаб в эксперименте составлял примерно четверть размера протона.
Одновременно исследователи меняли энергию взаимодействия фотона с ядром в широком диапазоне, от 20 до 633 ГэВ. В результате удалось впервые проследить сразу две зависимости: как рождение J/ψ меняется с энергией и как меняется картина при переходе к всё более мелким областям внутри ядра.
На самых малых масштабах произошло главное. В диапазоне, чувствительном к структурам меньше протона, количество J/ψ росло с энергией заметно медленнее, чем ожидалось. Статистическая значимость подавления составила около трёх стандартных отклонений.
Раньше похожие эффекты часто объясняли ядерным затенением. В тяжёлом ядре глюонное распределение отличается от простой суммы по отдельным протонам и нейтронам, поэтому некоторые процессы происходят реже. Модель хорошо описывает ряд предыдущих измерений, но новые данные ALICE на самых малых масштабах в неё полностью не укладываются.
Насыщение глюонов предлагает другое объяснение. При росте энергии глюоны активно размножаются, но в какой-то момент их становится настолько много в небольшой области, что они начинают сильнее взаимодействовать друг с другом. Расщепление новых глюонов всё чаще конкурирует с их объединением, поэтому дальнейший рост плотности замедляется.
Именно подобное поведение ALICE увидел там, где разрешение достигло примерно 0,2 фемтометра. Модели насыщения лучше воспроизводят энергетическую зависимость, чем описание через одно только ядерное затенение.
Исследование не доказывает существование глюонного насыщения окончательно. Значимость результата пока недостаточна для столь жёсткого вывода. Зато эксперимент показал, что две конкурирующие модели теперь можно различать по данным, а дальнейшие измерения на Большом адронном коллайдере смогут проверить, действительно ли плотное глюонное поле выходит на предел роста.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики смогли заглянуть внутрь атомного ядра глубже, чем прежде, и обнаружили странную картину: на самых малых масштабах глюоны ведут себя не совсем так, как предсказывает привычная модель. Данные эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере показали, что при высоких энергиях рождение частиц J/ψ подавляется сильнее ожидаемого. Лучше всего результат объясняет насыщение глюонов, при котором их плотность уже не может бесконечно расти.
Глюоны связывают кварки внутри протонов и нейтронов и переносят сильное взаимодействие. Именно энергия кварков, глюонов и их взаимодействий создаёт основную часть массы протонов и нейтронов. Поэтому физиков давно интересует, как глюоны распределены внутри ядра и что происходит с ними при очень высоких энергиях.
Увидеть отдельный глюон напрямую нельзя, поэтому исследователи используют другие частицы как зонд. В ALICE эту роль выполнял J/ψ-мезон, состоящий из очарованного кварка и его антикварка. Вероятность рождения J/ψ зависит от распределения глюонов в ядре, поэтому по таким событиям можно восстановить картину происходящего внутри.
Для эксперимента использовали ядра свинца , разогнанные почти до скорости света. Они проходили рядом друг с другом, но не сталкивались напрямую. Мощное электромагнитное поле одного ядра при этом действует как поток высокоэнергетических фотонов. Фотон может ударить по другому ядру и породить J/ψ.
Особенно важен некогерентный вариант такого процесса. Он чувствителен не к ядру целиком, а к небольшим неоднородностям глюонного поля. Благодаря этому физики смогли исследовать области меньше протона.
Глубину такого просмотра меняли через переданный импульс. Чем он выше, тем меньший участок ядра попадает под наблюдение. ALICE достиг разрешения примерно 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра. Один фемтометр равен 10⁻¹⁵ метра, а минимальный масштаб в эксперименте составлял примерно четверть размера протона.
Одновременно исследователи меняли энергию взаимодействия фотона с ядром в широком диапазоне, от 20 до 633 ГэВ. В результате удалось впервые проследить сразу две зависимости: как рождение J/ψ меняется с энергией и как меняется картина при переходе к всё более мелким областям внутри ядра.
На самых малых масштабах произошло главное. В диапазоне, чувствительном к структурам меньше протона, количество J/ψ росло с энергией заметно медленнее, чем ожидалось. Статистическая значимость подавления составила около трёх стандартных отклонений.
Раньше похожие эффекты часто объясняли ядерным затенением. В тяжёлом ядре глюонное распределение отличается от простой суммы по отдельным протонам и нейтронам, поэтому некоторые процессы происходят реже. Модель хорошо описывает ряд предыдущих измерений, но новые данные ALICE на самых малых масштабах в неё полностью не укладываются.
Насыщение глюонов предлагает другое объяснение. При росте энергии глюоны активно размножаются, но в какой-то момент их становится настолько много в небольшой области, что они начинают сильнее взаимодействовать друг с другом. Расщепление новых глюонов всё чаще конкурирует с их объединением, поэтому дальнейший рост плотности замедляется.
Именно подобное поведение ALICE увидел там, где разрешение достигло примерно 0,2 фемтометра. Модели насыщения лучше воспроизводят энергетическую зависимость, чем описание через одно только ядерное затенение.
Исследование не доказывает существование глюонного насыщения окончательно. Значимость результата пока недостаточна для столь жёсткого вывода. Зато эксперимент показал, что две конкурирующие модели теперь можно различать по данным, а дальнейшие измерения на Большом адронном коллайдере смогут проверить, действительно ли плотное глюонное поле выходит на предел роста.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
