Experiment v CERNu přinesl důkazy, které zpochybňují dosavadní chápání chování gluonů

Nové měření z experimentu ALICE v CERNu poskytlo dosud nejostřejší pohled na to, jak se gluony chovají uvnitř atomových jader. Zpochybňuje dlouho uznávaný teoretický rámec známý jako jaderné stínění a nabízí důkazy pro konkurenční jev zvaný gluonové nasycení.

Zkoumání jádra v nebývalém měřítku

Studie, publikovaná v Physical Review Letters, uvádí první vícerozměrné měření nekoherentní fotonukleární produkce částic J/ψ jako funkci energie interakce a přenosu hybnosti. Vědci použili data shromážděná během druhého běhu (Run 2) Velkého hadronového urychlovače (LHC) při studiu ultraperiferních srážek, při nichž olověná jádra procházela blízko sebe, aniž by přímo kolidovala. Intenzivní elektromagnetická pole obklopující rychle se pohybující jádra působila jako zdroje vysokoenergetických fotonů, které mohly krátce produkovat částice J/ψ, jejichž rychlost vzniku je citlivá na základní gluonovou strukturu.phys+1

Experiment zkoumal gluonová pole v rozlišení 0,6, 0,3 a 0,2 femtometru, přičemž to nejjemnější odpovídá strukturám o velikosti zhruba jedné čtvrtiny protonu. Jaderný fyzik Daniel Tapia Takaki z Kansaské univerzity, který hrál ve výzkumu vedoucí roli, přirovnal tuto techniku k přechodu od rozmazaného obrazu k mikroskopu s vysokým rozlišením.bioengineer+1

Stínění nestačí

V nejmenších zkoumaných prostorových měřítkách byla produkce částic J/ψ potlačena se statistickou významností přibližně tří směrodatných odchylek. Tento vzorec je obtížné sladit s jaderným stíněním, což je rámec, v němž se gluony z různých nukleonů překrývají a částečně se zakrývají, čímž se snižuje pravděpodobnost určitých interakcí. Ačkoliv stínění úspěšně popsalo předchozí měření, nová data plně vysvětlit nedokáže.phys+1

"Pozorování jsou naopak v souladu s jiným jevem známým jako gluonové nasycení, který předpovídá teorie kvantové chromodynamiky," uvedl Takaki. "V tomto režimu se gluony stávají tak hustě nahuštěnými, že začínají mezi sebou silně interagovat, což omezuje jejich počet v dané oblasti."phys

Proč je to důležité

Gluony jsou nositeli silné jaderné síly a prostřednictvím energie uložené v silné interakci tvoří téměř veškerou hmotnost viditelné hmoty ve vesmíru. Takaki poznamenal, že pochopení jejich chování je "zásadní pro pochopení toho, jak hmota sama získává svou hmotnost a strukturu."bioengineer+1

Zjištění zatím nestanovují každý detail gluonového nasycení a budou zapotřebí další měření. Nicméně kombinací měření závislých na energii s informacemi o přenosu hybnosti v rozsahu energií foton-jádro od 20 do 633 miliard elektronvoltů poskytla spolupráce ALICE dosud nejsilnější experimentální základ pro rozlišení mezi těmito dvěma konkurenčními modely.phys+1