Новые измерения, полученные в эксперименте ALICE на ЦЕРН, дали наиболее детальное на сегодняшний день представление о поведении глюонов внутри атомных ядер. Результаты ставят под сомнение давно устоявшуюся теоретическую концепцию ядерного затенения и указывают на свидетельства в пользу конкурирующего явления — насыщения глюонов, пишет Bioengineer. 

Исследование ядра в беспрецедентных масштабах

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, представляет первое многомерное измерение некогерентного фотоядерного рождения J/ψ-мезонов как функции энергии взаимодействия и переданного импульса. Учёные использовали данные, собранные в ходе второго сеанса работы Большого адронного коллайдера, изучая ультрапериферические столкновения, при которых ядра свинца проходили вблизи друг друга, не сталкиваясь напрямую. Мощные электромагнитные поля, окружающие быстро движущиеся ядра, служили источниками высокоэнергетических фотонов, которые могли на короткое время порождать J/ψ-частицы — скорость их образования чувствительна к глюонной структуре ядра.

Эксперимент зондировал глюонные поля с пространственным разрешением 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра — наименьшее из этих значений соответствует структурам размером примерно в четверть протона. Ядерный физик из Университета Канзаса Даниэль Тапиа Такаки, принимавший ключевое участие в исследовании, сравнил применяемую технику с переходом от размытого снимка к изображению под высокомощным микроскопом.

Ядерное экранирование не справляется с объяснением

На наименьших исследованных пространственных масштабах скорость рождения частиц J/ψ оказалась подавлена со статистической значимостью около трех стандартных отклонений. Такую картину трудно согласовать с ядерным экранированием — концепцией, в рамках которой глюоны разных нуклонов перекрываются и частично «загораживают» друг друга, снижая вероятность определенных взаимодействий. Хотя ядерное экранирование успешно описывало предыдущие измерения, оно не может в полной мере объяснить новые данные.

«Напротив, наблюдения согласуются с иным явлением — насыщением глюонов, предсказанным теорией квантовой хромодинамики», — сказал Такаки. «В этом режиме глюоны становятся настолько плотно упакованы, что начинают активно взаимодействовать друг с другом, ограничивая их возможное количество в заданной области».

Почему это важно

Глюоны переносят сильное ядерное взаимодействие и обеспечивают почти всю массу видимой материи во Вселенной за счет энергии, запасенной в сильном взаимодействии. Такаки отметил, что понимание поведения глюонов «необходимо для понимания того, как материя приобретает свою массу и структуру».

Полученные результаты пока не раскрывают всех деталей насыщения глюонов, и для этого потребуются дополнительные измерения. Тем не менее, объединив энергетически зависимые измерения с данными о передаче импульса в диапазоне энергий фотон-ядро от 20 до 633 миллиардов электронвольт, коллаборация ALICE создала наиболее весомую на сегодняшний день экспериментальную основу для разграничения двух конкурирующих моделей.