Пресс-центр

Эксперимент ALICE представил новые данные по взаимодействию гиперонов с протонами

В этом году эксперимент ALICE, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил несколько статей, в которых исследовал взаимодействие гиперонов (барионов, содержащих в своем составе s-кварк) с обычными протонами. Фемтоскопия – исследование корреляций между частицами, которое позволяет измерить силу взаимодействия между ними, поможет физикам понять внутреннее устройство нейтронных звезд.

Исследования, которые проводятся в лабораториях на Земле, могут рассказать нам многое о внутреннем устройстве далёких астрономических объектов. Так, измерив взаимодействие между нуклоном (общее название для протонов и нейтронов) и почти мгновенно распадающимся гипероном, можно узнать многое о внутреннем устройстве таких необычных объектов, как нейтронные звезды (НЗ). Эти объекты похожи на гигантские атомные ядра, так как радиус НЗ порядка 10 км, а массы порядка массы Солнца. Плотность материи в центре НЗ в несколько раз превосходит плотность атомного ядра. Для расчёта свойств НЗ важно учитывать эффекты превращения нуклонов в гипероны. При больших плотностях становиться энергетически выгодно превращение нейтронов в другие барионы, в том числе в протоны, в Λ, Σ и Ξ гипероны. Знание потенциала нуклон-гиперонного взаимодействия поможет рассчитать влияние этого эффекта на характеристики НЗ.

Исследовать барион-барионное притяжение и отталкивание можно как при низких энергиях, изучая свойства так называемых гиперядер, так и при промежуточных и высоких энергиях, измеряя эффекты взаимодействия в конечном состоянии (ВКС). При промежуточных энергиях ВКС проявляет себя как повышенная вероятность прохождения реакций с образованием в конечном состоянии пар (или большего числа) интенсивно взаимодействующих частиц. Например, на рисунке 1 показаны сечения реакций pp → pK⁺Λ⁰ и pp → pK⁺Σ⁰ (большинство из приведенных на рисунке экспериментальных точек получены на детекторе ANKE, ускоритель COSY, НЦ «Юлих», Германия). Положительно заряженные K-мезоны слабо взаимодействуют с барионами, а вот гиперон-протонное взаимодействие может дать ВКС. Экспериментально установлено, что для описания зависимости интенсивности рождения Σ-барионов от энергии реакции не нужно включать протон-гиперонное ВКС, а для описания сечения реакции pp → pK⁺Λ⁰ нужно.

Методы исследования нуклон-гиперонного взаимодействия на ускорителях высоких энергий немного отличаются. Зарегистрировать все частицы, образовавшиеся во взаимодействии ультрарелятивистских ионов, не представляется возможным, однако «зацепить» эффекты ВКС все же можно. Чтобы измерить их для системы протон-гиперон (pY), нужно выделить экспериментальные события, в которых родились такие частицы, и построить для них так называемую корреляционную функцию – С(k^*), где k^* – относительный импульс двух частиц. Корреляционная функция представляет отношение распределений по k^* для всех pY пар, рожденных в одном элементарном взаимодействии частиц встречных пучков, к такому же числу специально сконструированных событий, для которых протон и гиперон брались из разных соударений (т.е. не могли быть участниками ВКС). Если между частицами действует сила притяжения, то вероятность найти две такие частицы с малыми относительными импульсами больше, а значит, корреляционная функция превышает единицу в области малых k^*. Именно такую технику использовали в серии своих работ физики, работающие на эксперименте ALICE.

Мы уже писали об исследованиях pΞ^– взаимодействия на ALICE. Сегодня речь пойдет о pΛ, ΛΛ, а также о pΣ парах. В первом случае (как и в экспериментах при промежуточных энергиях) наблюдалось интенсивное взаимодействие в системе pΛ: соответствующая корреляционная функция растет в районе малых относительных импульсов (см. рисунок 2). Для ΛΛ-пар такое взаимодействие не выявлено. Весьма обнадёживающими выглядят результаты ALICE в pΣ⁰ канале (см. рисунок 3). В них проявляется некоторый намек на ВКС, который, однако, может быть всего лишь статистической флуктуацией. Для окончательного прояснения этого вопроса необходимы новые исследования с большой статистикой.

Подробнее о методике и результатах, полученных ALICE, можно узнать из статей (1, 2) и препринтов этого эксперимента.

Активную роль в исследованиях нуклон-гиперонного взаимодействия принимают и физики нашего Института. Так измерение сечений образования гиперонов вблизи порога их рождения проводились экспериментом ANKE, созданном во многом благодаря усилиям сотрудников Лаборатории мезонной физики конденсированных сред Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Сотрудники Лаборатории релятивисткой ядерной физики ОФВЭ принимают активное участие в эксперименте ALICE, внося свой вклад в возможность его проведения.