Российские ученые объяснили эффект «хребта» в экспериментах на БАК

Сотрудники ФИАН объяснили эффект корреляции в движении вторичных частиц, рожденных в протон-протонных столкновениях, обнаруженный участниками коллаборации CMS на LHC.

Детектор CMS (Compact Muon Solenoid) регистрирует процессы, которые происходят при столкновении пучков протонов и ядер. Каждое такое столкновение, а особенно центральное, влечет за собой рождение вторичных частиц, разлетающихся из точки первоначального соударения под определенным углом. Эффект, который был выявлен на БАКе, заключается в том, что после соударения пучков протонов с энергиями 3,5 ТэВ пара вторичных частиц с относительно малыми разностями азимутального угла и большими разностями псевдобыстрот наблюдалось больше ожидаемого. Таким образом, пары заряженных частиц оставалась связанной, даже разлетаясь в разные стороны.

Сравнение распределений при меньших (слева) и больших (справа) значениях поперечного импульса (иллюстрация - ЦЕРН)

Специалисты отмечают, что за 2 года до этого нечто похожее наблюдалось в ультрарелятивистских соударениях тяжелых ионов на ускорителе RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) в Брукхевенской национальной лаборатории, а первые указания на корреляции частиц с малым отличием в азимутальных углах и большой протяженностью по полярным углам (псевдобыстроте) были получены еще 25 лет тому назад - в космических лучах в экспериментах ФИАН на Памире, при энергиях, соответствующих энергиям LHC.

На карте слева - распределение, полученное на LHC при столкновении протонов, справа - на RHIC при столкновении ионов золота (иллюстрация - ЦЕРН)

Несмотря на то, что этот эффект проявлял себя как минимум трижды, однозначного объяснения ему ученые дать пока не могут. Объяснение, которое предложили сотрудники ФИАН, основывается на существовании мягких адронных струн.

По словам доктора физико-математических наук Андрея Леонидова, ведущего научного сотрудника Сектора физики высоких энергий, адронная струна - это то, что связывает кварк и антикварк в мезоне. Когда мы пытаемся растащить их друг от друга, то из-за эффекта конфайнмента кварк и антикварк разойтись не могут, и между ними появляется скрепляющая их хромоэлектрическая трубка, которая и называется адронной струной. У мягкой адронной струны, с которой связывается явление хребта, натяжение порядка ГэВа на Ферми. Процессы множественного рождения частиц связаны с тем, что трубки распадаются, когда струну растягивают – струна разрывается на более короткие струны, которые в конце концов становятся частицами. Это все равно, что разрывать резиновую ленточку, но при этом нужно иметь в виду, что как только она разорвалась посередине, каждый из кусочков подхватывается дальше и растягивается вновь. Это происходит до тех пор, пока, наконец, все не успокоится, и те куски резиновой ленточки, которые останутся, - есть конечные адроны.

Определяющим эффект фактом с позиции струнной философии является то, что струны, натянутые между кварками, образуют выделенный вектор, который связывает траектории разлетающихся частиц в поперечной плоскости. Этот вектор как раз и показывает выделенное направление, в котором происходит ориентация или выстроенность.

«То, что мы сделали, - это показали, что этого механизма достаточно для того, чтобы появился эффект «хребта». Если выключить все другие механизмы, то появится та самая выстроенность. Мы показали действие такого естественного механизма, который работает всегда, когда есть струнные или струноподобные конфигурации. То есть все вполне укладывается в особенности того, как должна быть натянута эта струна. Это довольно естественная вещь, дающая максимально простую интерпретацию эффекта», - рассказывает Андрей Леонидов.

Таким образом, эффект выстроенности вторичных частиц в случае учета адронных струн, исходя из проведенных модельных расчетов, наблюдается при определенном соотношении полярных и азимутальных углов и при определенных импульсах вторичных частиц, очень схожих с наблюдаемыми в экспериментах на БАК. По полярному углу - это плато, а по азимуту - пик при нулевом относительном угле, то есть частицы одинаково смотрят по азимуту и сильно коррелированны по полярному углу.

Работа была выполнена в рамках исследований, проводимых ФИАНовской группой в коллаборации CMS, которой руководит главный научный сотрудник ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Русаков и которая объединяет как теоретиков, так и экспериментаторов.

Источник: АНИ «ФИАН-информ»