Почти цялата маса на видимата Вселена възниква от енергията на глюоните — частиците, които свързват кварките помежду им. Как точно са организирани глюоните вътре в атомните ядра е една от най-сложните загадки на съвременната физика. Международната колаборация ALICE в ЦЕРН за първи път проведе многомерно измерване на нееластичното фотоядрено образуване на частици от типа J/ψ. Това даде възможност на учените да разграничат две конкуриращи се теории – „ядрено затъмняване“ и „глюонно насищане“ – и да показват, че на свръхмалки мащаби глюоните започват да се държат колективно.
Глюоните не могат да бъдат наблюдавани директно – те се намират вътре в ядрата на разстояния, хиляда пъти по-малки от атома. Но те могат да бъдат „усетени“ с помощта на бързи оловни ядра, които се ускоряват в Големия адронен колайдер. Когато две ядра преминават близо едно до друго, без да се сблъскват, около тях възникват мощни електромагнитни полета, които действат като снопове от високоенергийни фотони.
Ако такъв фотон попадне в друго ядро, той може временно да породи частица J/ψ (състояща се от очарован кварк и антикварк). Начинът, по който точно се поражда тази частица, зависи от разположението на глюоните вътре в ядрото.
Какво разкриват новите измервания в Големия адронен колайдер
Предишните измервания усредняваха глюонната структура в цялото ядро. Новият метод — нееластично фотоядрено създаване — е чувствителен към локални флуктуации в гъстотата на глюоните. Като променяха предаваната импулсна енергия, изследователите успяха да постигнат разделителна способност от 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра (1 фемтометър = 10⁻¹⁵ m). Това е по-малко от диаметъра на протона.
В новото изследване физиците измериха характеристиките на некохерентното образуване на J/ψ в широк диапазон от енергии на взаимодействието на фотоните с ядрата — от 20 до 633 милиарда електронволта — и проучиха как това взаимодействие се променя в зависимост от предаваната импулсна енергия, която определя пространствената разделителна способност при сондирането на ядрото.
„Резултатите разкриха удивителна закономерност“, отбелязаха изследователите. „В най-малките пространствени мащаби, изследвани по време на експеримента, скоростта на образуване на J/ψ-частици се оказа значително потисната; статистическата значимост на този ефект възлиза на около три стандартни отклонения“.
Новите данни сочат, че само ефектът на ядреното екраниране не е достатъчен за пълно обяснение на получените данни, пише Phys. Трябва да съществува и друг механизъм.
„Вместо това получените данни съвпадат с друго явление, известно като „глюонно насищане“ и е предсказано от теорията на квантовата хромодинамика, която описва силното взаимодействие“, отбеляза Тапия Такаки, един от изследователите. — В този режим глюоните са натъпкани толкова плътно, че започват да взаимодействат интензивно помежду си, което ограничава тяхното количество в дадената област.“
Разбирането на това как глюоните се разпределят и взаимодействат вътре в ядрата е от решаващо значение за интерпретацията на сблъсъците на тежките йони, при които се образува специфично състояние на материята – кварк-глюонна плазма.