CERN eksperimentas pateikė įrodymų, kurie meta iššūkį fizikų paaiškinimams apie gliuonų elgseną

Naujas CERN ALICE eksperimento matavimas suteikė iki šiol aiškiausią vaizdą apie tai, kaip gliuonai elgiasi atomų branduoliuose, mesdamas iššūkį ilgą laiką vyravusiai teorinei sistemai, vadinamai branduoliniu šešėliavimu, ir pateikdamas įrodymų apie konkuruojantį reiškinį, vadinamą gliuonų sotimi.

Branduolio tyrimas beprecedenčiu mastu

Tyrimas, paskelbtas Physical Review Letters, praneša apie pirmąjį daugiadimensį neheretinės J/ψ fotobranduolinės gamybos matavimą kaip sąveikos energijos ir impulso perdavimo funkciją. Tyrėjai naudojo duomenis, surinktus per Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo (LHC) antrąjį veikimo etapą, tirdami ultraperiferinius susidūrimus, kai švino branduoliai praskriejo vienas pro kitą tiesiogiai nesusidurdami. Intensyvūs elektromagnetiniai laukai aplink greitai judančius branduolius veikė kaip didelės energijos fotonų šaltiniai, kurie galėjo trumpam sukurti J/ψ daleles, kurių susidarymo greitis yra jautrus pagrindinei gliuonų struktūrai.phys+1

Eksperimento metu gliuonų laukai buvo tiriami 0,6, 0,3 ir 0,2 femtometrų raiška – smulkiausia iš jų atitinka struktūras, kurios yra maždaug ketvirtadalis protono dydžio. Kanzaso universiteto branduolinės fizikos specialistas Danielis Tapia Takaki, atlikęs pagrindinį vaidmenį šiame tyrime, palygino šią techniką su perėjimu nuo neryškaus vaizdo prie didelės raiškos mikroskopo.bioengineer+1

Šešėliavimo teorijos ribos

Mažiausiais tirtais erdviniais masteliais J/ψ dalelių gamybos greitis buvo slopinamas maždaug trijų standartinių nuokrypių statistiniu reikšmingumu. Šį modelį sunku suderinti su branduoliniu šešėliavimu – sistema, kurioje gliuonai iš skirtingų nukleonų persidengia ir iš dalies užstoja vienas kitą, sumažindami tam tikrų sąveikų tikimybę. Nors šešėliavimas sėkmingai aprašė ankstesnius matavimus, jis negali visiškai paaiškinti naujų duomenų.phys+1

"Vietoj to, stebėjimai atitinka kitą reiškinį, žinomą kaip gliuonų sotis, kurį numato kvantinės chromodinamikos teorija", – sakė Takaki. "Šiame režime gliuonai tampa tokie tankiai supakuoti, kad pradeda stipriai sąveikauti vieni su kitais, o tai riboja jų skaičių tam tikrame regione."phys

Kodėl tai svarbu

Gliuonai perneša stipriąją branduolinę sąveiką ir dėl stipriosios sąveikos sukauptos energijos sudaro beveik visą matomos materijos masę visatoje. Takaki pažymėjo, kad jų elgsenos supratimas yra "būtinas norint suprasti, kaip pati materija įgyja savo masę ir struktūrą".bioengineer+1

Šios išvados dar nenustato visų gliuonų soties detalių, todėl reikės papildomų matavimų. Tačiau sujungus nuo energijos priklausančius matavimus su informacija apie impulso perdavimą fotonų ir branduolių energijos diapazone nuo 20 iki 633 milijardų elektronvoltų, ALICE bendradarbiavimo grupė pateikė iki šiol tvirčiausią eksperimentinį pagrindą atskirti šiuos du konkuruojančius modelius.phys+1