Эксперимент на Большом адронном коллайдере обнаружил диффузионный след, оставляемый струей частиц в кварк-глюонной плазме, предсказанный около 20 лет назад.
Коллаборация CMS на Большом адронном коллайдере Европейской организации по ядерным исследованиям представила в журнале Physical Review Letters первое экспериментальное наблюдение диффузионного следа. Это область, где количество частиц значительно меньше обычного. Она формируется позади струи, движущейся через кварк-глюонную плазму. Существование такого явления было предсказано теоретиками примерно 20 лет назад, но его обнаружить не удавалось.
Кварк-глюонная плазма — это состояние материи, при котором кварки и глюоны не находятся внутри протонов и нейтронов. Такая среда существовала в первые мгновения после Большого взрыва. Физики воссоздают ее в лабораторных условиях, сталкивая ядра свинца. Кварки и глюоны, выбрасываемые из точки столкновения, образуют узкие пучки частиц — струи. Проходя через плазму, струя передает ей часть своей энергии и импульса, на что среда реагирует. Диффузионный след — это одна из форм этой реакции: в направлении, противоположном движению струи, количество частиц уменьшается, как за движущейся лодкой на воде.
Исследование усложнялось тем, что в одном столкновении след не был виден, так как он терялся среди фоновых колебаний. Ученые проанализировали миллионы столкновений ядер свинца при энергии 5,02 тераэлектронвольта на пару нуклонов и сопоставили их со столкновениями протонов. Плазма в протонных столкновениях не образуется, что делает их контрольной точкой. Команда изучала события, при которых формируются две струи, движущиеся в противоположные стороны, и исследовала распределение частиц вокруг них. Кроме того, ученые варьировали угловое расстояние между струями, что позволило выделить след от других эффектов.
В столкновениях ядер свинца поток частиц с низким импульсом (от 1 до 2 гигаэлектронвольт) в направлении, противоположном главной струе, оказался значительно ниже, чем в протонных взаимодействиях. Значимость сигнала превысила пять стандартных отклонений — это порог, после которого физики объявляют об открытии. Чем более центральным было столкновение и чем больше веществ вовлечено в реакцию, тем более выраженным оказался эффект.
Профессор Университета Иллинойса в Чикаго Ольга Евдокимова охарактеризовала результат как «кульминацию 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 получат возможность проверить разные модели взаимодействия струй со средой.
Фото: hi-tech.mail.ru