Badania

Jak rodzą się hadrony

Opublikowano: 08.03.2018

forum akademickie

Nasz świat składa się głównie z cząstek zbudowanych z trzech kwarków powiązanych gluonami. Proces zlepiania się kwarków, zwany hadronizacją, jest wciąż słabo poznany, ale dzięki analizie unikalnych danych zebranych dla wysokoenergetycznych zderzeń protonów w akceleratorze LHC fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie zdobyli na jego temat nowe informacje.

Gdy rozpędzone do największych energii protony zderzają się w akceleratorze LHC, ich cząstki składowe – kwarki i gluony – tworzą zagadkowy stan pośredni. Zaskoczeniem była obserwacja, że w zderzeniach stosunkowo prostych cząstek, jakimi są protony, ów stan pośredni wykazuje właściwości cieczy, typowe dla zderzeń znacznie bardziej złożonych obiektów. Tego typu właściwości wskazują na istnienie nowego stanu materii: plazmy kwarkowogluonowej, w której kwarki i gluony zachowują się niemal jak cząstki swobodne. Ta ciecz błyskawicznie się schładza, kwarki i gluony ponownie wiążą się ze sobą w procesie zwanym hadronizacją. Nowe informacje dotyczące przebiegu tego procesu zdobyli naukowcy w IFJ PAN, uczestniczący w eksperymencie LHCb.

– Zjawiska zachodzące podczas schładzania plazmy kwarkowogluonowej są tak złożone pod względem obliczeniowym, że dotychczas nie udało się dobrze poznać i zrozumieć szczegółów hadronizacji. A przecież jest to proces o kluczowym znaczeniu. To dzięki niemu w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu z kwarków i gluonów uformowała się dominująca większość cząstek tworzących nasze codzienne środowisko – mówi dr hab. inż. Marcin Kucharczyk, prof. IFJ PAN.

W akceleratorze LHC hadronizacja zachodzi niezwykle szybko, na dodatek w ekstremalnie małym obszarze – rzędu femtometrów, czyli milionowych części jednej miliardowej metra – wokół punktu zderzenia protonów. Bezpośrednia obserwacja tego procesu nie jest obecnie możliwa. Żeby zdobyć jakiekolwiek informacje o jego przebiegu, fizycy muszą sięgać po metody pośrednie. Kluczową rolę odgrywa w nich podstawowe narzędzie mechaniki kwantowej – funkcja falowa, której właściwości odwzorowują cechy cząstek danego typu.

– Funkcje falowe identycznych cząstek będą się na siebie efektywnie nakładały, czyli interferowały. Jeśli w wyniku interferencji dojdzie do ich wzmocnienia, mówimy o korelacjach Bosego-Einsteina, jeśli do wytłumienia – o korelacjach Fermiego-Diraca. W naszych analizach interesowały nas wzmocnienia. Poszukiwaliśmy ich między mezonami pi wylatującymi z obszaru hadronizacji w kierunkach bliskich pierwotnemu kierunkowi zderzających się wiązek protonów – wyjaśnia doktorant Bartosz Małecki z IFJ PAN.

Metoda użyta przez krakowskich fizyków została oryginalnie opracowana dla potrzeb radioastronomii i nosi nazwę interferometrii HBT. Użyta w odniesieniu do cząstek, pozwala m.in. określić rozmiary obszaru hadronizacji i jego ewolucję w czasie. Za jej pomocą można zdobyć informacje na przykład o tym, czy obszar ten jest różny dla różnych liczb wyemitowanych cząstek bądź dla ich różnych rodzajów.

Dane z detektora LHCb umożliwiły badanie procesu hadronizacji w obszarze tzw. małych kątów, czyli dla hadronów produkowanych w kierunkach bliskich kierunkowi pierwotnych wiązek protonów. Analiza wykonana przez naukowców z IFJ PAN dostarczyła wskazówek, że parametry opisujące źródło hadronizacji w niezbadanym jak dotąd obszarze małych kątów, a dostępnym w eksperymencie LHCb, różnią się od wyników podobnych analiz wykonanych dla większych kątów w innych eksperymentach.

– Analiza będzie kontynuowana w eksperymencie LHCb dla różnych energii zderzeń i różnych rodzajów zderzających się obiektów. Dzięki temu będzie można zweryfikować niektóre z modeli opisujących hadronizację, a w konsekwencji lepiej zrozumieć przebieg samego procesu – mówi prof. dr hab. Mariusz Witek z IFJ PAN.

Prace zespołu z IFJ PAN zostały sfinansowane m.in. z grantu OPUS Narodowego Centrum Nauki.

JK

(źródło: IFJ PAN)


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie