Исследования, проведенные с использованием столкновений кислорода с кислородом и неона с неоном, предоставили ученым новые сведения о кварк-глюонной плазме и подтвердили асимметричную структуру ядра неона.
Взаимодействие атомных ядер даёт физикам возможность исследовать кварк-глюонную плазму (КГП) – уникальным состоянием вещества. Этот процесс позволяет воссоздать условия, существовавшие во Вселенной в первые микросекунды после Большого взрыва. Это период, предшествующий формированию атомов. В то время пространство было заполнено плотной, раскаленной плазмой, состоящей из свободных частиц.
Изучение кварк-глюонной плазмы (КГП) на Большом адронном коллайдере (БАК) до настоящего времени осуществлялось с помощью столкновений тяжелых ионов, таких как ксенон или свинец. Эти столкновения позволяют формировать каплю плазмы максимального размера. В этом году впервые в истории на БАКе провели столкновения легких ядер – кислорода и неона. Для этого ученым пришлось сменить конфигурацию обычно заполненного пучками протонов 27-километрового ускорителя частиц.
Начальные итоги обработки свежих данных, полученных в ходе шестидневных экспериментов ALICE, ATLAS, CMS и LHCb, были представлены на конференции Initial Stages.
В ходе летних экспериментов исследователи изучали незначительные особенности в углах и траекториях движения частиц, образующихся при расширении и охлаждении капли КГП. Именно эти параметры и их вариации определяют деформации в области взаимодействия ядер.
Поведение частиц напоминает «течения», и для их описания ученые применяют гидродинамику, которая обычно используется при моделировании жидкостей. Благодаря этому разделу физики им удается изучать как характеристики кварк-глюонной плазмы, так и геометрию сталкивающихся ядер. Физические и математические модели позволяют исследователям провести более точное исследование течений в столкновениях кислород—кислород и неон—неон, чем в столкновениях протон—протон и протон—свинец.
Коллаборация ALICE, а также универсальные эксперименты ATLAS и CMS измерили значительное эллиптическое и треугольное течение в столкновениях кислород—кислород и неон—неон. Ученые обнаружили, что оно сильно зависит от того, было столкновение ядер скользящим или лобовым. Уровень соответствия теоретических расчетов с экспериментальными данными сравним с результатами, полученными для столкновений ионов ксенона и свинца, несмотря на гораздо меньший размер системы.
Исследователи рассматривают это как убедительное свидетельство того, что характеристики потока при взаимодействиях кислород-кислород и неон-неон определяются структурой ядер. Полученные данные подтвердили форму кегли ядра неона и показали, что гидродинамическое течение действительно возникает в разнообразных системах столкновений на Большом адронном коллайдере.
Изучение коллайдеров тяжёлых ионов перешло на новый виток благодаря экспериментам со столкновениями лёгких ионов. Ядра неона и кислорода значительно меньше ядер свинца или ксенона, но обладают менее правильной формой. Их использование позволяет ученым получить важные данные о минимальном размере ядра, необходимого для создания КГП.
Исследователи провели исследование формы ядра неона. Теоретические вычисления предсказывали, что оно должно иметь вытянутую структуру, похожую на кегль для боулинга. Эксперименты, проведенные на Большом адронном коллайдере, позволили более детально прояснить эту картину.
Коллаборация LHCb представила дополнительные результаты, подтверждающие форму кегли для ядра неона. Данные получены на столкновениях свинец—аргон и свинец—неон в конфигурации ускорителя с фиксированной мишенью с использованием данных, записанных в 2024 году на аппарате SMOG.
«Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на строение ядра и на процессы формирования материи после Большого взрыва», — отметил директор CERN по исследованиям и вычислительной технике Йоахим Мних ( Joachim Mnich).