Nærmere glip af Large Hadron Collider kaster lys over begyndelsen af ​​gluondominerede protoner

Nye fund fra University of Kansas eksperimentelle atomfysikere Daniel Tapia Takaki og Aleksandr (Sasha) Bylinkin blev netop offentliggjort i European Physical Journal C . Papiret fokuserer på arbejde på Compact Muon Solenoid, et forsøg på Large Hadron Collider, for bedre at forstå gluons adfærd.

Gluoner er elementarpartikler, der er ansvarlige for at "lime" sammen kvarker og antikvarker for at danne protoner og neutroner-så, gluoner spiller en rolle i omkring 98% af alt det synlige stof i universet.

Tidligere forsøg med den nu nedlagte HERA elektron-proton-kollider fundet, når protoner accelereres tæt på lyshastighed, tætheden af ​​gluoner inde i dem stiger meget hurtigt.

"I disse tilfælde, gluoner opdelt i par gluoner med lavere energier, og sådanne gluoner deler sig efterfølgende, og så videre, "sagde Tapia Takaki, KU lektor i fysik og astronomi. "På et tidspunkt, opdelingen af ​​gluoner inde i protonen når en grænse, ved hvilken multiplikationen af ​​gluoner ophører med at stige. En sådan tilstand er kendt som 'farveglas kondensat, 'en hypotetiseret fase af stof, der menes at eksistere i protoner med meget høj energi og såvel som i tunge kerner. "

KU-forskeren sagde, at hans teams nyere eksperimentelle resultater ved Relativistic Heavy Ion Collider og LHC syntes at bekræfte eksistensen af ​​en sådan gluondomineret tilstand. De nøjagtige betingelser og den præcise energi, der er nødvendig for at observere "gluonmætning" i protonen eller i tunge kerner, er endnu ikke kendt, han sagde.

"CMS -eksperimentelle resultater er meget spændende, give nye oplysninger om gluondynamikken i protonen, sagde Victor Goncalves, professor i fysik ved Federal University of Pelotas i Brasilien, der arbejdede på KU under et Brasilien-USA. Professorat givet i fællesskab af Sociedade Brasileira de Física og American Physical Society. "Dataene fortæller os, hvad energi- og dipolstørrelserne er nødvendige for at komme dybere ind i det gluon-dominerede regime, hvor ikke-lineære QCD-effekter bliver dominerende."

Selvom eksperimenter ved LHC ikke direkte studerer protonens interaktion med elementarpartikler, såsom dem fra den sene HERA -kollider, det er muligt at bruge en alternativ metode til at undersøge gluonmætning. Når accelererede protoner (eller ioner) savner hinanden, fotoninteraktioner forekommer med protonen (eller ion). Disse næsten uheld kaldes ultra-perifere kollisioner (UPC'er), da fotoninteraktionerne for det meste opstår, når de kolliderende partikler er væsentligt adskilt fra hinanden.

"Tanken om, at protonens eller ionernes elektriske ladning, når den accelereres ved ultra-relativistiske hastigheder, vil give en kilde til kvasi-virkelige fotoner ikke er ny, "Tapia Takaki sagde." Det blev først diskuteret af Enrico Fermi i slutningen af ​​1920'erne. Men det er først siden 2000'erne ved RHIC -kollideren og for nylig ved LHC -eksperimenterne, hvor denne metode er blevet fuldt udnyttet. "

Tapia Takakis gruppe har spillet en væsentlig rolle i undersøgelsen af ​​ultra-perifere kollisioner af ioner og protoner ved to instrumenter ved Large Hadron Collider, først ved ALICE -samarbejdet og for nylig med CMS -detektoren.

"Vi har nu en overflod af interessante resultater på ultra-perifere tung-ion-kollisioner ved CERNs Large Hadron Collider, "sagde Bylinkin, en associeret forsker i gruppen. "De fleste af resultaterne har været fokuseret på integrerede tværsnit af vektor mesoner og for nylig på målinger ved hjælp af jetfly og undersøgelse af lys-for-lys spredning. Til undersøgelse af vektor meson produktion, vi laver nu systematiske målinger, ikke kun udforskende. Vi er især interesserede i energiafhængighedsundersøgelsen af ​​momentumoverførslen i vektor -mesonproduktion, da vi her har den unikke mulighed for at fastslå begyndelsen af ​​gluonmætning. "

Forskerne sagde, at arbejdet er betydningsfuldt, fordi det er den første etablering af fire målepunkter med hensyn til energien i foton-proton-interaktionen og som en funktion af momentumoverførslen.

"Tidligere eksperimenter på HERA havde kun et enkelt energipunkt, "Tapia Takaki sagde." For vores seneste resultat, det laveste punkt i energi er omkring 35 GeV og det højeste er omkring 180 GeV. Dette lyder ikke som et meget højt energipunkt, i betragtning af at vi for de seneste J/psi- og Upsilon -målinger fra UPC'er på LHC har undersøgt processer op til 1000'ernes GeV. Nøglepunktet her er, at selvom energien er meget lavere i vores Rho0 -undersøgelser, dipolstørrelsen er meget stor. "

Ifølge teammedlemmer, mange spørgsmål forbliver ubesvarede i deres forskningslinje for bedre at forstå sammensætningen af ​​protoner og neutroner.

"Vi ved, at der ved HERA -kollideren allerede var tip om ikke -lineære QCD -effekter, men der er mange teoretiske spørgsmål, der ikke er blevet besvaret, f.eks. begyndelsen af ​​gluonmætning, og der er mindst to hovedmætningsmodeller, som vi endnu ikke ved, hvilken der er tættest på, hvad naturen siger, at protonen er, "sagde Goncalves." Vi har brugt de nyeste resultater fra CMS-samarbejdet og sammenlignet dem med både de lineære og ikke-lineære QCD-inspirerede modeller. Vi observerede, for første gang, at CMS -dataene viser en klar afvigelse fra den lineære QCD -model på deres højeste energipunkt. "