Джеты из элементарных частиц раскрывают секреты кварк-глюонной плазмы

В первые моменты после Большого Взрыва Вселенная была наполнена первичной смесью кварков и глюонов, частиц, которые в настоящее время входят в состав протонов и нейтронов. Изучение такой кварк-глюонной плазмы требует применения самых современных теоретических и экспериментальных инструментов. Физики эксперимента ATLAS Большого Адронного Коллайдера (БАК) сделали важный шаг вперед на пути к более глубокому пониманию такого рода плазмы и её свойств и на днях опубликовали результаты своего новейшего анализа.

Когда на БАКе, крупнейшем в мире ускорителе частиц, производят столкновение двух ионов свинца, движущихся со скоростями, близкими к скорости света, то на долю секунды нормальная материя переходит в самое экзотическое состояние материи, известное физикам — кварк-глюонную плазму. Анализ потоков частиц, проходящих сквозь эту плазму, дал возможность исследователям изучить некоторые её свойства.

Основную долю информации о кварк-глюонной плазме мы получаем, анализируя потоки частиц, разлетающихся в разные стороны в результате высокоэнергетического столкновения. При этом те из частиц-осколков, которые движутся в плоскости, перпендикулярной линии столкновения, проходят при своем движении сквозь облако кварк-глюонной плазмы, после чего поток этих частиц сужается и уплотняется, формируя так называемые джет.

«Эти образовавшиеся в первые моменты столкновения частицы теряют энергию, проходя сквозь горячую, плотную плазму, что ведет к гашению высокоэнергетических джетов. Проведенный анализ позволил нам реконструировать джеты гигантских энергий, достигающих 400 ГэВ», — рассказала член исследовательской группы профессор Барбара Войзек из Института ядерной физики Польской академии наук, Краков, Польша.

После реконструкции джетов ученые оценили степень гашения этих образований кварк-глюонной плазмой, сравнив их с джетами, возникающими при столкновении двух протонов, не сопровождающемся образованием облаков кварк-глюонной плазмы. Исследователи обнаружили, что число высокоэнергетических джетов, зарегистрированных при столкновении двух ионов свинца, было почти в два раза меньше, чем для случая столкновения двух протонов. Эти важные результаты позволят ученым сузить круг предлагаемых в настоящее время моделей кварк-глюонной плазмы, отвергнув несколько моделей, заведомо не соответствующих новым экспериментальным данным.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.