Для струй частиц в кварк-глюонной плазме, созданных в результате столкновения тяжелых ионов, струи с широким углом расщепления излучают энергию независимо, теряя больше энергии, чем струи с узким углом расщепления, которые излучают энергию когерентно.
Фото: Рон Сольц и Аарон Анджерами, Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса.

Изучение ядерной материи в экстремальных условиях позволяет ученым лучше понять, как могла бы выглядеть Вселенная сразу после ее создания. Ученые Большого адронного коллайдера создают условия для воссоздания мини-Большого взрыва в лаборатории, сталкивая ядра на скоростях, близких к скорости света. Эти столкновения создают температуру примерно в миллион раз выше, чем в центре Солнца.

Это плавит ядра в огненный шар из составляющих их кварков и глюонов, известный как кварк-глюонная плазма (КГП). Кварки и глюоны сталкивающихся ядер также иногда рикошетят друг от друга на самых ранних этапах столкновения и образуют спреи энергичных частиц, известных как струи. Эти струи теряют свою энергию при выходе из плазмы, причем широкие струи теряют больше энергии, чем узкие.

Исследователи долгое время пытались понять механизмы, посредством которых энергичные кварки и глюоны, которые расщепляются на зубцы и образуют струи, взаимодействуют с КГП. Один из методов понимания потерь энергии струи известен как «подход декогеренции».

Этот метод заставляет исследователей ожидать, что широкая струя с двумя зубцами, каждый из которых может выступать в качестве отдельного излучателя излучения, потеряет больше энергии, чем узкая струя, действующая как единый источник излучения.

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review C, учёные измерили потери энергии струй с узкими и широкими структурами в КГП. Результаты впервые подтверждают, что плазма обрабатывает каждый зубец джета независимо только тогда, когда зубцы разделены критическим углом, достаточно большим для того, чтобы КГП могла взаимодействовать со струями как независимыми объектами.

Впервые исследователи измерили потерю энергии, которую испытывают струи, пересекающие КГП, в зависимости от ее подструктуры, используя данные о столкновениях, собранные ATLAS, крупнейшим экспериментом по детектору частиц общего назначения на Большом адронном коллайдере.

Ученые внедрили алгоритм, позволяющий успешно объединить информацию от различных субдетекторов ATLAS и построить точную картину внутренней структуры струи в условиях плотных столкновений тяжелых ионов. Результат показывает, что структура струи характеризуется углом ее раскрытия, и наблюдается, что струи с более широким углом раскрытия теряют значительно больше энергии в КГП, чем узкие струи.

Этот результат подтверждает гипотезу декогеренции, предсказывающую появление критического угла при первом жестком расщеплении струи, выше которого струя теряет энергию «некогерентно», как два излучателя. Новые результаты показывают, что КГП не модифицирует твердую субструктуру проходящей через нее струи, а преимущественно закаливает струи с более широкой субструктурой.