همبستگی ها تفاوت های ظریف فرآیند تولد ذرات را نشان می دهد

برخورد یون های پرانرژی در برخورد دهنده بزرگ هادرون قادر به تولید پلاسمای کوارک-گلوئون است. اما آیا هسته های سنگین اتم واقعا برای تشکیل آن ضروری هستند؟ و مهمتر از همه: چگونه ذرات ثانویه بعداً از این پلاسما متولد می شوند؟ سرنخ های اضافی در جستجوی پاسخ به این سؤالات توسط آخرین تجزیه و تحلیل برخوردهای پروتون-پروتون یا یون مشاهده شده در آزمایش LHCb ارائه شده است.

هنگامی که هسته های اتمی سنگین با بالاترین انرژی در LHC برخورد می کنند، الف پلاسمای کوارک گلوئون در یک لحظه غیرقابل تصور کوتاه ایجاد شد. این یک حالت عجیب و غریب از ماده است که در آن کوارک‌ها و گلوئون‌ها که معمولاً در پروتون‌ها یا نوترون‌ها به دام افتاده‌اند، دیگر محکم به هم متصل نیستند. این حالت دائمی نیست: با کاهش دما، کوارک ها و گلوئون ها به سرعت هادرون می شوند، یعنی. ارتباط مجدد با یکدیگر، تولید جریان های ذرات ثانویه واگرایی در زوایای مختلف

جزئیات فرآیند هادرون سازی، پدیده ای که برای درک ما از مبانی واقعیت فیزیکی حیاتی است، هنوز یک راز باقی مانده است. سرنخ‌های جدیدی توسط تجزیه و تحلیل‌های برخوردی آزمایش LHCb که با مشارکت فیزیکدانان مؤسسه فیزیک هسته‌ای آکادمی علوم لهستان (IFJ PAN) در کراکوف انجام شد، ارائه می‌شود.

یافته ها هستند منتشر شده که در مجله فیزیک انرژی بالا.

“هادرونیزاسیون در مقیاس های زمانی یوکت ثانیه اتفاق می افتد، به عنوان مثال. تریلیونم تریلیونم ثانیه، در فواصل به اندازه فمتومتر، یعنی. میلیونیم یک میلیاردم متر پروفسور Marcin Kuharczyk (IFJ PAN)، یکی از نویسندگان مقاله توضیح می دهد که پدیده هایی که بسیار سریع و در چنین مقیاس های میکروسکوپی رخ می دهند، برای مدت طولانی – شاید هرگز به طور مستقیم قابل مشاهده نخواهند بود.

“بنابراین ما در تلاشیم تا با بررسی برخی موارد خاص استنباط کنیم که در پلاسمای کوارک گلوئون چه می‌گذرد. همبستگی های کوانتومی بین ذرات تولید شده در برخورد. ما سال‌هاست که چنین تحلیل‌هایی را انجام می‌دهیم و با افزایش حجم داده‌های پردازش شده، به تدریج تصویر دقیق‌تری از این پدیده می‌سازیم.»

همبستگی های کوانتومی دقیقا چیست؟ که در مکانیک کوانتومیذرات با استفاده از توابع موج. اگر ذرات زیادی در سیستم مورد مطالعه وجود داشته باشد، توابع موج آنها ممکن است همپوشانی داشته باشند. مانند امواج معمولی، تداخل رخ می دهد. اگر در نتیجه توابع موج سرکوب شوند، ما از همبستگی های فرمی دیراک صحبت می کنیم، اگر آنها تقویت شوند – همبستگی های بوز-انیشتین. این همبستگی های اخیر، مشخصه ذرات یکسان است که توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.

محققان توجه خود را بر روی همبستگی های بوز-انیشتین که بین جفت پیون ها یا پی-مزون ها رخ می دهد متمرکز کردند. تحلیل‌هایی از نوع مشابه قبلاً روی داده‌های دیگر آشکارسازهای فعال در شتاب‌دهنده LHC انجام شده است، اما آنها فقط با ذراتی سروکار دارند که در زوایای بزرگ منحرف می‌شوند. برخورد نقطه.

در همین حال، طراحی منحصر به فرد آشکارساز LHCb به فیزیکدانان این امکان را داد تا برای اولین بار به ذراتی نگاه کنند که “به جلو” در زوایایی که بیش از ده درجه از جهت پرتو اصلی منحرف نمی شوند، نگاه کنند. نتایج به‌دست‌آمده، تصویری از پدیده ایجاد شده توسط اندازه‌گیری‌ها در آزمایش‌های دیگر در LHC را تکمیل می‌کند.

انتخاب جهت “به جلو” تنها تازگی نبود. تجزیه و تحلیل برای سیستم های به اصطلاح کوچک انجام شد، یعنی. برای برخوردهای پروتون-پروتون، پروتون-یون و یون-پروتون (دو مورد اخیر یکسان نیستند، زیرا در یک مورد فقط یک پروتون با سرعت زیاد حرکت می کند، در حالی که در مورد دیگر، هسته از تعداد زیادی پروتون و نوترون تشکیل شده است).

در میان چیزهای دیگر، محققان می‌خواستند بفهمند که آیا پدیده‌های جمعی مشاهده‌شده در برخورد هسته-هسته مرتبط با پلاسمای کوارک-گلئون می‌تواند در برخورد سیستم‌های کوچک‌تر ذرات نیز رخ دهد.

ما همبستگی هایی را که پیدا کردیم مورد بررسی بیشتر قرار دادیم. به عنوان مثال، نحوه وابستگی آنها به متغیرهای مختلف، مانند تعداد ذرات باردار را آزمایش کردیم. همچنین، از آنجایی که همه برخوردها با آشکارسازهای مشابه و در شرایط یکسان ثبت شده است، ما بررسی کردیم. پروفسور کوچارچیک می‌گوید که به راحتی می‌توان بررسی کرد که آیا همبستگی‌های ما برای پیکربندی‌های مختلف سیستم‌های ذرات در حال برخورد تغییر می‌کند یا خیر.

نتیجه گیری تحلیل ها جالب است. همه نشانه ها حاکی از آن است که یک پلاسمای کوارک-گلئون می تواند در LHC حتی در برخوردهای تک پروتون تولید شود. در عین حال، منابع انتشار ذرات ثانویه در برخوردهای پروتون-پروتون کوچکتر از برخوردهای مختلط به نظر می رسد. همچنین رابطه جالبی بین همبستگی ها و زاویه ها با توجه به محور پرتو ذرات تولید شده در برخورد مشاهده می شود.

“مشاهده همبستگی ها در سیستم های کوچک بحثی را در مورد منشاء آنها به راه انداخته است. به ویژه، این سوال که آیا آنها منشأ مشابهی با برخورد یون های سنگین دارند، جالب است و بنابراین دقیقاً چه شرایطی برای تولید یک کوارک گلوئون لازم است. پلاسما؟ برخی از مدل‌های مدرن این پلاسما وجود پدیده‌های جمعی در پلاسما مرتبط با جریان‌ها را نشان می‌دهند. نتایج تحلیل‌های ما دقیقاً به چنین مدل‌های هیدرودینامیکی نزدیک‌تر به نظر می‌رسد.”

فقط این – آیا ما واقعاً با جریان های پلاسمایی کوارک-گلئون در طول هادرونیزاسیون سروکار داریم؟ مدل‌های نظری موجود در حال حاضر از این پدیده ماهیت پدیدارشناختی دارند، به این معنی که باید با داده‌های به‌دست‌آمده از آزمایش‌ها کالیبره شوند.

با این حال، هیچ یک از مدل ها نمی توانند نتایج اندازه گیری را با دقت رضایت بخشی بازتولید کنند. بنابراین، به نظر می رسد که فیزیکدانان هنوز کار زیادی برای انجام دادن قبل از ماهیت واقعی کوارک-گلوئون دارند. پلاسما فرآیندها شناخته شده است.