Nye ALICE-målinger kaster lys over dynamikken af ​​charme og skønhedspartikler i kvark-gluon plasma

Når to blyioner kolliderer ved Large Hadron Collider (LHC), producerer de en ekstrem varm og tæt stoftilstand, hvor kvarker og gluoner ikke er indespærret inde i sammensatte partikler kaldet hadroner. Denne ildkugle af partikler - kendt som kvark-gluon plasma og menes at have fyldt universet i de første par milliontedele af et sekund efter Big Bang - udvider sig og afkøles hurtigt. Kvarkerne og gluonerne forvandles derefter tilbage til hadroner, som flyver ud af kollisionszonen mod partikeldetektorer.

I kollisioner, hvor de to blyioner ikke støder frontalt sammen, har overlapningsområdet mellem ionerne en elliptisk form, der efterlader et aftryk på strømmen af ​​hadroner. Målinger af sådan elliptisk strømning giver en effektiv måde at studere kvark-gluon plasma. I et nyligt blad udsendt til arXiv preprint-server, rapporterede ALICE-samarbejdet om en ny måling af den elliptiske strøm af hadroner indeholdende tunge kvarker, som er særligt kraftige prober af plasmaet.

I modsætning til de gluoner og lette kvarker, der udgør hovedparten af ​​kvark-gluon-plasmaet, der dannes ved sammenstød med tunge ioner, produceres tunge charme- og skønhedskvarker i de indledende stadier af kollisionerne, før plasmaet dannes. De interagerer derfor med plasmaet gennem hele dets udvikling, fra dets ekspansion og afkøling til dets transformation til hadroner.

Flere interaktioner med plasmaets bestanddele bringer tunge kvarker i termisk ligevægt med mediet inden for en tid, der er omvendt proportional med kvarkens masse. Charm-kvarker er lettere end skønhedskvarker, så der forventes en kortere termaliseringstid og en større grad af termalisering for charme-kvarker end skønhedskvarker.

Når de først termaliseres med plasmaet, danner charmekvarker D-mesoner og skønhedskvarker danner B-mesoner ved at kombinere med mediets lette kvarker (se figuren ovenfor). Tidligere målinger har vist, at den elliptiske strøm af sådanne "prompte" D-mesoner, så navngivet, fordi de er produceret lige efter kollisionerne, er næsten lige så stærk som den for de letteste hadroner, pioner. Fordi termaliseringstiden forventes at være længere for skønhedskvarker end charmekvarker, forventes den elliptiske strøm af B-mesoner at være svagere end for prompte D-mesoner.

I sin nylige analyse af ikke-head-on bly-bly-kollisioner, der fandt sted under kørsel 2 af LHC, målte ALICE-samarbejdet det elliptiske flow af B-mesoner ved at måle flowet af "ikke-prompte" D-mesoner, der produceres i henfaldene af B mesoner. Nøglen til analysen var vedtagelsen af ​​en maskinlæringsteknik til at adskille produkterne fra henfaldet af ikke-prompte D-mesoner fra dem af de prompte, samt at undertrykke de mange baggrundspartikelprocesser, der efterligner D-mesonproduktion og henfald. .

Den nye måling viser, at det elliptiske flow af de ikke-prompte D-mesoner er svagere end deres prompte modparter i overensstemmelse med forventningen. Resultatet kaster nyt lys over termaliseringen af ​​skønhedskvarker i kvark-gluon-plasmaet og baner vejen for nye ALICE-målinger baseret på data fra Run 3 af LHC.

Med 40 gange flere kollisioner end det samlede antal registrerede af ALICE i sine tidligere perioder med dataoptagelser med tunge ioner, vil den nye prøve af bly-bly-kollisioner taget i 2023 gøre det muligt at studere strømmen af ​​charme og skønhedspartikler mere detaljeret, og udskille yderligere lys på deres dynamik i kvark-gluon-plasmaet.

Flere oplysninger: Måling af ikke-prompt D ⁰ -meson elliptisk flow i Pb-Pb-kollisioner ved √sNN =5,02 TeV, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2307.14084

Journaloplysninger: arXiv

Leveret af CERN