Mere energi betyder flere effekter - ved protonkollisioner

Jo højere kollisionsenergi af partikler, jo mere interessant er fysikken. Forskere fra Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi i Krakow har fundet yderligere bekræftelse af denne antagelse, denne gang, i højenergikollision af protoner med protoner eller blykerner.

Når en proton ved høj energi kolliderer med en anden proton eller atomkerne, effekten af ​​kollisionen er en strøm af sekundære partikler kendt som en jet. Nogle af disse jetfly strækker sig sidelæns, men der er nogle, der holder sig til en bevægelsesretning tæt på den primære. Detaljerne i kollisionsforløbet bestemmes ikke kun af typen af ​​kolliderende partikler, men også af mange andre faktorer, i særdeleshed, mængden af ​​energi. I Fysik bogstaver B , en gruppe på fire videnskabsmænd fra Institut for Nuklear Fysik ved det polske videnskabsakademi (IFJ PAN) i Krakow har vist, at yderligere fænomener skal tages i betragtning ved de højeste energier opnået i LHC-acceleratoren for at give en nøjagtig beskrivelse af forløbet af kollisionen af ​​protoner med protoner eller blykerner.

ATLAS-eksperimentet ved LHC-acceleratoren (CERN, Geneve) har registreret kollisioner mellem to protonstråler eller en protonstråle med en stråle af blykerner, der bevæger sig i modsatte retninger i årevis. De Krakow-baserede forskere kiggede nærmere på de seneste data vedrørende højenergikollisioner, der nåede fem teraelektronvolt (dvs. tusinder af milliarder af eV). Der blev lagt særlig vægt på de tilfælde, hvor jetflyene, der løb fra kollisionspunktet, bevægede sig i fremadgående retning, dvs. langs bjælkernes oprindelige retning.

"Hverken protoner eller neutroner, der findes i atomkerner, er elementære partikler. Normalt, de siges at bestå af tre kvarker, men dette er en enorm forsimpling. Faktisk, hver proton eller neutron er en ekstremt dynamisk enhed fyldt med et konstant kogende hav af gluoner, dvs. de partikler, der limer kvarker sammen. Der er en interessant kendsgerning forbundet med denne dynamik:Afhængig af opførselen af ​​dens komponentpartikler, dvs. partons, protonen kan nogle gange være mere tæt eller nogle gange mindre. Og det forklarer, hvorfor vi finder tilfældene med kollisioner med fremadrettede jetfly så interessante. De vedrører situationer, hvor en proton er fortyndet, eller opfører sig som en kugle, og den anden er tæt, eller opfører sig som et mål, " forklarer Dr. Krzysztof Kutak (IFJ PAN).

I deres model af højenergi-protonkollisioner, fysikere fra IFJ PAN tog to tidligere kendte fænomener i betragtning. Den første er forbundet med det faktum, at når kollisionsenergien øges, antallet af gluoner dannet inde i protoner stiger, også. Det viser sig, at denne proces ikke fortsætter i det uendelige. På et vist tidspunkt, når kollisionsenergien er stor nok, der er så mange gluoner, at de begynder at rekombinere med hinanden. Der skabes derefter en dynamisk ligevægt mellem processen med gluonproduktion og deres rekombination. Denne effekt kaldes mætning.

Den anden faktor, som Krakow-fysikerne tog i betragtning, var Sudakov-effekten. Dette vedrører situationer, hvor momentum af forskellen mellem momenta af genererede jetfly er større end momentum af partons, der initierer jetproduktion. Dette tilsyneladende modstridende resultat er i virkeligheden resultatet af kvanteeffekter forbundet med overførsel af momentum mellem partonerne involveret i kollisionen. Som resultat, sandsynligheden for at producere ryg-til-ryg jetfly er reduceret, og sandsynligheden for produktion af jetfly ved moderat azimuthalvinkel øges.

"Både mætning og Sudakov-effekten har været kendt i nogen tid. Men deres samspil blev ikke behandlet. De ekstreme forhold, der skabes i fremadgående di-jet-produktion, motiverede os til at tage højde for begge effekter, " siger Dr. Andreas van Hameren (IFJ PAN). "Sudakov-effekten blev normalt taget i betragtning i simuleringer. Men når energien er høj nok, de ikke-lineære effekter tændes, og man skal tage højde for mætning, " siger Dr. Piotr Kotko (IFJ PAN, AGH).

Denne udtalelse er suppleret af Dr. Sebastian Sapeta (IFJ PAN):"Vi har selv taget Sudakov-effekten i betragtning i et af vores tidligere papirer, men kun i de tilfælde, hvor nogle jetfly løb i en 'fremad' retning, og nogle forblev i det centrale område af detektoren, dvs. spredt i en stor vinkel i forhold til strålens retning. Når man beskriver sådanne begivenheder, vi kunne udelade mætning."

I deres seneste publikation, den Krakow-baserede gruppe beviste, at for at den teoretiske beskrivelse stemmer overens med eksperimentelle data, kollisioner ved høje energier kræver, at begge disse fænomener tages i betragtning samtidigt. Denne artikel er den første fuldstændige beskrivelse af produktionen af ​​fremadgående jetfly i højenergi-proton-proton og proton-kerne (bly) højenergikollisioner. I øjeblikket, forfatterne arbejder på en udvidelse af den foreslåede formalisme til kollisioner med produktionen af ​​et større antal jetfly og partikler.