Столкновения кислорода на БАК указали на новое состояние материи
Четыре главных эксперимента Большого адронного коллайдера (БАК) обнаружили новые признаки того, что столкновения ядер кислорода и неона могут создавать экстремальное состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва. Речь идёт о кварк-глюонной плазме (КГП) — состоянии, которое формируется при температурах более чем в 100 000 раз выше температуры в центре Солнца. В таких условиях составные частицы распадаются на кварки и глюоны, которые обычно их связывают. Об этом сообщает издание Phys.org.
Ранее считалось, что для создания КГП необходимы столкновения тяжёлых ионов, например свинца, который более чем в 200 раз тяжелее протонов. Однако в этом году коллаборация ALICE, специализирующаяся на изучении КГП, сообщила о новом признаке плазмы в протон-протонных и протон-свинцовых столкновениях. В прошлом году коллаборации БАК впервые обнаружили намёки на КГП в столкновениях кислород-кислород. Теперь, проведя более глубокий анализ, учёные увидели множественные признаки образования КГП в столкновениях кислород-кислород и неон-неон.
Один из ключевых признаков — потеря энергии быстрыми кварками и глюонами при прохождении через горячую плотную среду (эффект подавления партонов). Коллаборация ATLAS однозначно наблюдала этот эффект через дисбаланс между парами струй частиц, рождённых в столкновениях кислород-кислород и неон-неон. В лобовых столкновениях, где объём КГП больше, потеря энергии усиливалась. Предварительные исследования ATLAS по частицам, отдающим фотонам, также показали зависимость от центральности столкновения.
Коллаборации ALICE, CMS и LHCb пошли другим путём: они изучали, как подавление партонов снижает рождение различных типов энергичных частиц. CMS обнаружила подавление рождения заряженных частиц в столкновениях кислород-кислород и неон-неон по сравнению с протон-протонными, что указывает на наличие КГП. LHCb сравнила подавление частиц, состоящих из очарованного и лёгкого кварков, и выяснила, что в более тяжёлых столкновениях неона подавление сильнее — это ожидаемо при росте объёма КГП.
Чтобы исключить другие механизмы подавления, ALICE сравнила рождение нейтральных пионов в столкновениях кислород-кислород и протон-кислород. Результат дал недвусмысленное доказательство потери энергии партонами в столкновениях кислород-кислород. Ещё один признак КГП — подавление короткоживущих связанных состояний тяжёлого кварка и его антикварка. CMS обнаружила такое подавление для ипсилон-мезонов (связанных состояний b-кварка и анти-b-кварка) при сравнении столкновений кислород-кислород и неон-неон. LHCb получила предварительные подтверждения того же эффекта в данных протон-кислород и кислород-кислород.
Наконец, коллаборация ALICE опубликовала предварительные результаты, указывающие на ещё один признак КГП. Частицы из трёх кварков (барионы), рождённые в столкновениях кислород-кислород, испускались с предпочтительным направлением (анизотропный поток) сильнее, чем частицы из двух кварков (мезоны). Ведущее объяснение — наличие КГП, которая заставляет частицы с промежуточными импульсами двигаться направленно. Поскольку в барионах на один кварк больше, они наследуют больше этого потока. Исследования продолжаются, а БАК готовится к модернизации в High-Luminosity LHC, что позволит глубже изучить природу КГП.
