Эксперимент ALICE наблюдает рост выхода странных частиц в протонных cтолкновениях
Вторник, 23 мая 2017Недавно коллаборация ALICE, в которой немаловажную роль играют ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, провела исследование в протон-протонных столкновениях при энергии 7 ТэВ. Статья коллаборации опубликована в журнале Nature Physics. Данной темы в рамках Ядерного семинара ОФВЭ, который прошел в ПИЯФ, коснулся научный сотрудник Е.Л. Крышень.
Основной целью эксперимента ALICE является изучение кварк-глюонной плазмы - горячей и плотной ядерной материи, в которой цветные кварки и глюоны образуют непрерывную среду и могут распространяться в ней как квазисвободные частицы. Это состояние ядерного вещества может возникать при достаточно высоком давлении и температуре, например, в первые мгновения после Большого взрыва. Считается, что мельчайшие капельки такого состояния материи образуются в столкновениях тяжелых ядер на коллайдере LHC.
Одним из интересных эффектов, наблюдаемых в столкновениях тяжелых ядер, является рост относительной вероятности рождения странных адронов - частиц, содержащих странные кварки. До 2002 года этот эффект считался одним из основных признаков образования кварк-глюонной плазмы, в гуще которой странные кварк-антикварковые пары могут легко рождаться тепловым образом. Позже увеличение выхода странных адронов объяснили наступлением термодинамического равновесия, при котором рождение странных адронов не ограничено законами сохранения странности, а зависят только от массы адронов и температуры среды. Это объяснение не требует привлечения гипотезы об образовании кварк-глюонной плазмы, но, к сожалению, не дает ответа на вопрос о динамическом механизме роста выхода странных частиц.
Эксперимент ALICE обнаружил, что аналогичный рост выхода странных частиц также наблюдается с ростом множественности в малых системах – в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях. На рисунке приведено отношение количества барионов определенного типа к значению, усредненному по всем протон-протонным столкновениям, в зависимости от полного числа заряженных частиц в центральной области детектора. Представлено четыре типа частиц: протоны (красные символы), лямбда-гипероны, содержащие один странный кварк (синие символы), кси-гипероны (два странных кварка, зеленые символы), и омега-гипероны (три s-кварка, серые символы). Более сильный рост наблюдается для гиперонов с несколькими странными кварками по аналогии с результатами, полученными в ядро-ядерных столкновениях.
Эти наблюдения свидетельствуют в пользу того, что в столкновениях при большой множественности глюонные поля образуют более свободные конфигурации, характерные, в том числе, и для кварк-глюонной плазмы. Однако, ещё рано делать вывод о том, что кварк-глюонная плазма обнаружена в протонных столкновениях. Есть надежда, что изучение этого эффекта в малых системах позволит пролить свет на динамическую природу и микроскопические механизмы увеличения выхода странности.
