ATLAS-eksperiment undersøger kvark-gluonplasma i en ny undersøgelse af fotoproducerede muonpar

Ved Large Hadron Collider (LHC) ved CERN, de elektromagnetiske felter i Lorentz-kontraherede blykerner ved kraftige ionkollisioner fungerer som intense kilder til højenergifotoner, eller lyspartikler. Dette miljø gør det muligt for partikelfysikere at studere foton-inducerede spredningsprocesser, som ikke kan studeres andre steder.

En central proces undersøgt af ATLAS -eksperimentets fysikere involverer tilintetgørelse af fotoner i par modsat ladede muoner. Sådanne elektromagnetiske "to-fotonprocesser" studeres typisk i "ultra-perifere kollisioner" (UPC), hvor den tværgående adskillelse mellem de kolliderende blykerner er større end summen af ​​deres radier, hvilket resulterer i ingen direkte stærke interaktioner mellem de kolliderende kerner. Dette giver et rent miljø for undersøgelse af elektromagnetiske interaktioner ved høj energi og intensitet. Imidlertid, disse to-fotonprocesser er også til stede i kollisioner, hvor de to kerner overlapper hinanden ("centrale kollisionshændelser") og producerer kvark-gluonplasma. De producerede muoner kan, i princippet, interagere med ladningerne i plasmaet, hvilket gør muonparene skabt i to-fotonprocesser til en potentielt værdifuld sonde for de elektromagnetiske felter i plasmaet.

ATLAS Collaboration udgav for nylig en ny, omfattende måling af fordelingen af ​​myonpar fra to-foton-udslettelsesprocesser, i UPC og ikke-UPC kollisionshændelser. Målingen anvender det store datasæt, der blev registreret i løbet af 2015 og 2018 heavy-ion-løb af LHC.

ATLAS-fysikere fandt ud af, at fordelingen af ​​muonpar varierede systematisk afhængigt af kollisionens "centralitet" (et mål for, hvordan to kerner frontalt kolliderer). Denne adfærd er kvantificeret af den observerbare k _⊥ som repræsenterer dimuonparets tværgående momentum vinkelret på muonretningerne. Figuren viser fordelingen af ​​flere forskellige centralitetsklasser, lige fra UPC-hændelser til centrale kollisionshændelser.

En signifikant ændring i fordelingerne observeres fra UPC til perifere til centrale kollisionshændelser. I særdeleshed, til UPC -arrangementer, de to myoner er højst sandsynligt, at de bliver produceret ryg mod ryg, fører til k _⊥ fordelinger toppede ved k _⊥ =0 MeV. Imidlertid, ved mere centrale kollisioner med hadroniske interaktioner, de to muoner er mere tilbøjelige til at have et lille skift fra at være rent back-to-back, hvilket resulterer i k _⊥ fordelinger til at have en højst sandsynlig værdi større end nul. Den mest sandsynlige værdi af k⊥ skifter, afhængigt af kollisionens hændelses centralitet, fra k _⊥ =0 MeV i UPC -begivenheder til k _⊥ =36 ± 1 MeV i 0-5% mest centrale kollisioner.

Disse målinger giver ny indsigt i de udgående muons mulige vekselvirkning med elektromagnetiske ladninger eller felter til stede i kvark-gluonplasma. Imidlertid, nylige beregninger tyder på, at virkninger, der ligner dem, der ses i dataene, kan skyldes en kombination af den oprindelige tilstandsudvidelse af fotonets tværgående momenta og fra selve produktionsprocessen. Fremtidige analyser og yderligere målinger er nødvendige for at etablere den eller de mekanismer, der er ansvarlige for de funktioner, der observeres i dataene.