Новый эксперимент позволяет различить два конкурирующих объяснения поведения глюонов внутри атомных ядер
Исследование, проведенное в рамках эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере ЦЕРН и опубликованное в журнале Physical Review Letters, сообщает о первом многомерном измерении некогерентного фотоядерного образования J/ψ в зависимости от энергии взаимодействия и передаваемого импульса. На сегодняшний день это измерение дает наиболее четкое представление о том, как глюоны, частицы, связывающие кварки, располагаются внутри атомных ядер при высоких энергиях.
Фото. Эксперимент ALICE на Большом адронном коллайдере ЦЕРН. Фото: ЦЕРН
Для изучения флуктуаций глюонов внутри ядер с более высоким пространственным разрешением, чем это было возможно ранее, учёные использовали экспериментальный метод, называемый некогерентным фотоядерным рождением J/ψ. В отличие от других измерений, усредняющих по всему ядру, некогерентное образование J/ψ чувствительно к локальным флуктуациям плотности глюонов, что позволяет изучать структуры меньше протона. Эти интенсивные глюонные поля, присутствующие внутри каждого атомного ядра, составляют почти всю видимую материю во Вселенной. Тем не менее, их коллективное поведение остается одной из величайших проблем современной физики.
Эксперименты с использованием некогерентного рождения подобны переходу от размытого изображения к микроскопу высокого разрешения. Этот процесс позволяет увидеть, как глюоны флуктуируют и организуются внутри ядер. Варьируя передачу импульса, эксперимент фактически меняет фокус микроскопа. При разрешении 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра эксперимент ALICE постепенно исследовал меньшие области внутри ядра. Самое высокое разрешение соответствует структурам размером примерно в четверть размера протона.
В работе удалось измерить некогерентное образование J/ψ в широком диапазоне энергий взаимодействия фотонов и ядер — от 20 до 633 миллиардов электронвольт — а также изучить, как взаимодействие изменяется в зависимости от передачи импульса, что соответствует степени детализации исследования ядра.
Результаты выявили поразительную закономерность — на самых малых пространственных масштабах скорость образования частиц J/ψ значительно снижается, при этом статистическая значимость составляет около трех стандартных отклонений. Это подавление ставит под сомнение "ядерное затенение", которое успешно описывало предыдущие измерения. В этой модели глюоны внутри ядра частично перекрываются и заслоняют друг друга — подобно слоям облаков, блокирующим солнечный свет, — что снижает вероятность определенных процессов образования частиц. Новые измерения показывают, что традиционное ядерное затенение само по себе не может полностью объяснить наблюдаемые данные.
Данное наблюдения согласуются с другим явлением — "насыщение глюонов", предсказанным теорией квантовой хромодинамики, которое описывает сильное взаимодействие. В этом режиме глюоны становятся настолько плотно упакованными, что начинают сильно взаимодействовать друг с другом, ограничивая количество глюонов, которые могут существовать в данной области.
