Исследование, проведенное специалистами из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), дало возможность детально изучить взаимодействие и состояние глюонов в составе атомных ядер. При экстремальных значениях плотности наблюдалось прекращение процесса размножения этих частиц с последующим их объединением. Это послужило основанием для подтверждения концепции «глюонного насыщения», а не гипотезы о «ядерном затенении» при определенных уровнях энергии.

Кварки, как правило, описывают в качестве основных компонентов вещества. Однако значительную часть массы всей наблюдаемой Вселенной формирует энергия, содержащаяся в глюонах. Эти элементарные частицы отвечают за передачу сильного взаимодействия – силы, удерживающей кварки вместе внутри протонов и нейтронов. Исследование группового поведения глюонов представляет собой актуальную задачу современной физической науки.

Известно, что с увеличением энергии плотность глюонов в ядре ядра быстро возрастает. Однако этот процесс не может продолжаться бесконечно. Теория квантовой хромодинамики ранее предсказала явление «насыщения», когда глюоны достигают такой высокой концентрации, что их способность к размножению снижается и они начинают объединяться.

В течение длительного периода времени ученым не удавалось экспериментально доказать существование данного эффекта. Полученные результаты можно было интерпретировать с помощью альтернативной теории – «ядерного затенения», предполагающей, что глюоны просто перекрываются друг другом.

Международная коллаборация ALICEпопыталась разрешить этот вопрос окончательно. Научная работа была осуществлена на Большом адронном коллайдере, расположенном в ЦЕРН. Полученные данные, опубликовали в журнале Physical Review Letters.

Специалисты направляли ядра свинца на столкновение, обеспечивая их движение со скоростью, близкой к скорости света. Интенсивные электромагнитные поля, генерируемые этими ядрами, функционировали как потоки фотонов высокой энергии. При взаимодействии фотона с соседним ядром образовывалась нестабильная частица, обозначаемая J/ψ («джей-пси»).

Анализируя характеристики образования подобных частиц, исследователи получили возможность наблюдать отдельные области повышенной концентрации глюонов. Размеры этих «горячих точек» оказались значительно меньше размера протона. Ученые утверждают, что данный эксперимент можно сравнить с высокомощным микроскопом, позволяющим настраивать фокус.

Специалисты осуществили измерения при энергии от двадцати до шестисот тридцать трех миллиардов электронвольт. Полученные данные вызвали у них изумление: на самых малых масштабах, когда энергия была максимальной, наблюдалось неожиданное и резкое уменьшение скорости появления частиц J/ψ. Вероятность ошибки в этом отклонении составляет менее 0,3%, что свидетельствует о высокой степени уверенности исследователей.

Описанный эффект не позволил объяснить традиционный механизм «ядерного затенения», который ранее успешно интерпретировал имеющиеся данные. Вместо этого график полностью соответствовал математическим моделям «глюонного насыщения». При таких высоких уровнях энергии глюоны, находящиеся в ядре свинца, оказываются упакованными настолько плотно, что начинают активно взаимодействовать между собой – к такому выводу пришли исследователи. Это явление накладывает физическое ограничение на создание новых частиц внутри определенного пространства.

Благодаря этому эксперименту удалось впервые установить разницу между двумя теориями, описывающими строение атомного ядра при экстремальных условиях. Ученые получили доказательства явления насыщения глюонов.

Это открытие приближает нас к пониманию механизма формирования структуры и массы всего сущего посредством сильного взаимодействия. В докладе авторы подчеркнули необходимость проведения дополнительных вычислений и сбора информации в иных энергетических интервалах для полного раскрытия тайн квантовых колебаний.