Пресс-центр

Новые результаты, полученные экспериментом ALICE, представлены на конференции Quark Matter 2019

Основным экспериментом Большого адронного коллайдера (БАК), изучающим взаимодействия ультрарелятивистских ядер, является коллаборация ALICE. Для нее конференция «Кварковая материя» - одно из важнейших международных мероприятий года. В рамках подготовки к Quark Matter 2019 эксперимент ALICE выпустил почти два десятка новых исследовательских работ.

Релятивистская ядерная физика предоставляет чрезвычайно богатое поле для экспериментальных исследований. Чтобы показать, насколько широк спектр таких исследований, достаточно взглянуть на новые результаты эксперимента ALICE, подготовленные для конференции «Кварковая материя».

В столкновениях ультрарелятивистских ионов свинца рождаются не только обычные, но и так называемые гиперядра, в которых один из нуклонов (протонов и нейтронов) заменен гипероном. Примером такого ядра является гипертритон – связанное состояние протона, нейтрона и Λ-гиперона. Физикам ALICE удалось провести лучшее по точности измерение жизни этого экзотического ядра. Известно, что время жизни свободного нуклона и нуклона внутри ядра сильно различаются. Экспериментаторов давно интересует вопрос, есть ли такое большое различие для частицы Λ, входящей в состав гипертритона. Среднемировое значение времени жизни гипертритона (до последних измерений ALICE) существенно отличалось от времени жизни Λ. Новые измерения по точности сопоставимы со среднемировым значением, но находятся в согласии со средним временем жизни свободного гиперона (см. рисунок 1).

Другим интересным аспектом физики столкновения тяжелых ионов является вопрос о том, какие процессы отвечают за формирование легких ядер. В частности, физики хотят прояснить роль коалесценции (англ. coalescence – сращивание) кварков конечного состояния в адроны. После адронизации образовавшиеся частицы взаимодействуют (так называемая адронная фаза). Лёгкие ядра имеют малые энергии связи и, казалось бы, они должны разрушаться из-за такого взаимодействия. Однако, в эксперименте наблюдаются на удивление большие выходы лёгких ядер, что ставит под сомнение модель коалесценции.  Для разрешения этой загадки чрезвычайно полезно определить зависимость выходов легких ядер от средней множественности частиц не только в ядро-ядерных, но и в протон-ядерных и протон-протонных взаимодействиях. Новые измерения ALICE для этой величины представлены на рисунке 2. Видно, что с увеличением множественности растет и вероятность формирования легкого ядра, причем скорость роста соответствует предсказаниям модели коалесценции. На следующих этапах работы БАК сотрудники ALICE надеются построить подобный спектр для гиперядер.

Одной из главных задач ALICE является уточнение различий рождения частиц в ядро-ядерных и нуклон-нуклонных взаимодействиях. Существует несколько теоретических подходов к этой проблеме. Понять, какой из них более важен, должен помочь эксперимент. При этом важно исследовать те наблюдаемые, для которых предсказания теорий сильно различаются. Ярким примером таких исследований является рождение очарованных (содержащих тяжелый c-кварк) мезонов, несущих малый поперечный импульс (p_T < 1 ГэВ/c). Наблюдаемыми величинами выступают так называемые факторы ядерной модификации (R_AA) – выходы частиц в ядро-ядерных взаимодействиях, отнесенные к расчетному числу элементарных нуклон-нуклонных взаимодействий. В частности, величина R_AA показывает влияние эффектов торможения партонов в образовавшейся кварк-глюонной плазме. На рисунке 3 видно, что сотрудникам ALICE удалось провести первые измерения в области малых p_T. Статистическая точность пока не высока, но уже сейчас виден огромный потенциал таких исследований, а некоторые варианты теории могут быть отброшены уже сейчас.

В этой заметке мы привели лишь некоторые из почти двух десятков новых измерений, представленных ALICE. Подробнее с результатами исследований этой коллаборации, можно познакомиться из слайдов обзорного и тематических докладов физиков ALICE на Quark Matter 2019. Также, следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе этого эксперимента на БАК, а Лаборатория релятивистской ядерной физики ОФВЭ является одним из мировых лидеров в исследованиях взаимодействия ультрарелятивистских ядер.