3817 подписчиков

Физики выявили различие мезонов и барионов в протонных столкновениях на БАК

23 марта23 мар

2 мин

Физики из эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере зафиксировали новые признаки того, что даже при столкновениях небольших частиц — протонов друг с другом и протонов с ядрами свинца — может на мгновение возникать особое состояние вещества из кварков и глюонов. Это состояние называют кварк-глюонной плазмой и считают похожим на то, каким было вещество Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва. Кварки — это мельчайшие частицы, из которых состоят протоны и нейтроны. В обычных условиях кварки крепко удерживаются внутри частиц с помощью глюонов — переносчиков сильного взаимодействия. Но при экстремальных температурах и давлениях кварки и глюоны могут вырваться на свободу и образовать особую горячую среду — кварк-глюонную плазму. Раньше её наблюдали только в столкновениях тяжёлых ядер, однако в последние годы косвенные признаки этого явления стали обнаруживать и в протонных столкновениях. Учёные под руководством Кая Оливера Шведа из Центра по изучению тяжёлых ионов имени Гел

Кварки — это мельчайшие частицы, из которых состоят протоны и нейтроны. В обычных условиях кварки крепко удерживаются внутри частиц с помощью глюонов — переносчиков сильного взаимодействия. Но при экстремальных температурах и давлениях кварки и глюоны могут вырваться на свободу и образовать особую горячую среду — кварк-глюонную плазму. Раньше её наблюдали только в столкновениях тяжёлых ядер, однако в последние годы косвенные признаки этого явления стали обнаруживать и в протонных столкновениях.

Учёные под руководством Кая Оливера Шведа из Центра по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца изучили, как ведут себя два типа частиц — мезоны и барионы — в столкновениях протонов при высоких энергиях. Выяснилось, что когда в результате столкновения рождается много частиц, мезоны и барионы начинают двигаться по-разному: барионы демонстрируют более выраженный так называемый эллиптический поток. Разница между ними оказалась статистически очень значимой — около пяти стандартных отклонений, пишет CERN.

Такое поведение физики давно наблюдают при столкновениях тяжёлых ядер и связывают именно с образованием кварк-глюонной плазмы. Чтобы убедиться, что обнаруженное различие не объясняется посторонними эффектами, исследователи применили специальные методы отбора данных, убрав влияние распадов других частиц и потоков из так называемых джетов.

Сравнение с теоретическими моделями показало, что лучше всего данные описывает сценарий, в котором сначала образуется горячая среда из частично свободных кварков и глюонов, которая расширяется по законам гидродинамики, а затем кварки объединяются в обычные частицы. Модели, в которых такая стадия отсутствовала, не смогли воспроизвести наблюдаемую разницу между мезонами и барионами. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.