Пресс-центр

ATLAS изучает кварк-глюонную плазму при помощи мюонов

Физикам эксперимента ATLAS, проводящегося на Большом адронном коллайдере, удалось провести систематическое изучение рождения пар мюонов в ядро-ядерных взаимодействиях. Оказалось, что спектры, характеризующие кинематику мюонных пар, существенно различаются в случаях столкновений с большим перекрытием ядерной материи и ультрапериферических столкновений. Экспериментаторы связывают это с влиянием так называемой кварк-глюонной плазмы.

Мы уже не раз писали, что БАК может выступать не только в роли адронного коллайдера и коллайдера тяжелых ионов, но и быть установкой, на которой можно изучать взаимодействие фотонов. Более всего для такого режима работы подходят взаимодействия ионов свинца. Действительно, из-за своего большого заряда, каждый ион свинца окружен полем виртуальных фотонов, взаимодействие которых можно зафиксировать. Легче всего это сделать, когда столкновение протекает без перекрытия ядерного вещества (так называемые ультрапериферические взаимодйствия, УПВ). Типичным процессом, позволяющим исследовать взаимодействия двух фотонов в УПВ, является рождение мюонных пар: γγ→μ⁺μ^–. Однако, процесс рождения мюонных пар может протекать и при так называемых центральных соударениях (ЦС), когда ядра сталкиваются лоб в лоб. В таких взаимодействиях образовывается новое агрегатное состояние вещества – кварк-глюонная плазма (КГП). Мюоны могут стать хорошими частицами-пробниками электрических полей в КГП, так как они не чувствительны к сильному взаимодействию.

Недавно эксперимент ATLAS представил новые измерения распределений пар мюонов как для ультрапериферических, так и для центральных взаимодействий. Измерения базируются на статистике взаимодействий ионов свинца, накопленной в ходе второго этапа работы БАК в 2015 и 2018 годах. Физики показали, что распределения мюонов зависят от типа столкновения. Чтобы зафиксировать этот феномен, использовались распределения по переменной k_┴ - перпендикулярной (относительно направления движения мюона) составляющей импульса ди-мюонной пары. Распределения по k_┴ для событий с различной центральностью, а также для УПС представлены на рисунке 1. Видно, что форма спектра систематически изменяется при уменьшении перекрытия ядерного вещества при столкновении ионов.

Из рисунка 1 видно, что для УПС наиболее вероятной является ситуация, при которой мюоны вылетают в противоположных направлениях (k_⊥ = 0 MeV). При увеличении перекрытия максимум спектра сдвигается и для столкновений лоб в лоб наиболее вероятное значение k_⊥ составляет уже 36 ± 1 MeV. Физики связывают такое поведение мюонных пар с эффектами сильных электромагнитных полей, возникающих в КГП. Однако, не исключён и другой сценарий, когда эффект смещения максимума в спектре k_⊥ возникает при рождении ди-мюонной пары, а не на этапе прохождения мюонами горячей КГП. Чтобы прояснить этот вопрос необходимы новые измерения, которые будут выполнены в ходе третьего этапа работы БАК.

Подробнее об этих исследованиях можно узнать из специального документа ATLAS, описывающего процедуру анализа данных. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, принимают активное участие в эксперименте ATLAS. В настоящее время сотрудники Отделения работают над созданием тонкозазорных камер, предназначенных для регистрации мюонов в передней части установки ATLAS. Камеры, собранные в Лаборатории адронной физики ОФВЭ, будут установлены в ходе модернизации детектора ATLAS. Именно эта детекторная система поможет в будущем понять физику процесса рождения μ⁺μ^– пар в ядро-ядерных взаимодействиях.