Naučnici su prvi put jasno detektovali difuzioni talas u kvark-gluonskoj plazmi stvorenoj u sudarima olovnih jezgara u LHC-u. Tim sa University of Illinois Chicago analizirao je dijet događaje i uočio nedostatak čestica iza pravca džetova pri niskom momentu, što odgovara očekivanjima za "diffusion wake". Najjači signali primećeni su u centralnijim olovo‑olovo sudarima, a rad je prihvaćen za objavu u Physical Review Letters.
LHC Otkrio Difuzioni Talas U Kvark-Gluonskoj Plazmi — Novi Pogled Na Rani Univerzum
An illustration of a parton wake in a soup of quark-gluon plasma. | Credit: Larisa Barannikova/Cern
Posle više od dve decenije potrage, tim naučnika prijavio je prvu jasnu eksperimentalnu detekciju difuzionog talasa (eng. "diffusion wake") u kvark-gluonskoj plazmi — izuzetno vreloj i gustoj 'čorbi' čestica koja podseća na stanje univerzuma neposredno posle Velikog praska.
Najmoćniji akcelerator čestica na svetu, Large Hadron Collider (LHC), stvara kvark-gluonsku plazmu sudarima teških jezgara poput olova. U tim sudarima formiraju se džetovi — prskanja čestica nastala raspadom oslobođenih kvarkova i gluona (partona). U modernom univerzumu kvarkovi i gluoni su obično vezani unutar protona i neutrona, pa su neophodni sudari pri ekstremnim energijama da bi se ti partoni oslobodili i stvorila plazma.
Kada džetovi prolaze kroz kvark-gluonsku plazmu, očekuje se da gube energiju i moment, pri čemu bi ta interakcija trebalo da ostavi "rupa" ili talas u sredini — takozvani difuzioni talas. Do sada su takvi znakovi bili suptilni i lako zamaskirani drugim efektima povezanih sa džetovima, pa experimentalna potvrda nije bila moguća.
Display of a lead-lead collision, which produced two back-to-back jets, recorded by the CMS experiment. The jets are indicated by the orange cones. | Credit: CERN
Drugačiji pristup: dijet događaji
Tim sa University of Illinois Chicago (UIC) promenio je pristup: umesto da traže džet u paru sa Z bozonima, analizirali su dijet događaje — sudare u kojima nastaju dva džeta postavljena gotovo 'leđa-u-leđa'. Ta konfiguracija olakšava izdvajanje signala od pozadinskog šuma i pojačava osetljivost na obrasce u distribuciji čestica oko džetova.
Merenja su pokazala očigledan nedostatak čestica u regionu iza pravca kretanja džetova, naročito pri relativno niskim vrednostima momenta — tačno onako kako teorija predviđa za difuzioni talas. Najjači signali zabeleženi su u centralnijim olovo‑olovo sudarima, gde se stvara najgušća i najdugotrajnija kvark-gluonska plazma.
'Posmatranje i kvantifikacija difuzionog talasa kvark-gluonske plazme otvara vrata novoj preciznoj karakterizaciji osobina i dinamike te plazme, i obećava nova saznanja o evoluciji ranog univerzuma,' rekao je Raghunath Pradhan (University of Illinois Chicago).
'Ovo posmatranje je kulminacija višedecenijske potrage za pojavom talasa; teorija je predvidela efekat pre više od 20 godina, ali je on ostajao nedostižan u eksperimentalnim podacima,' izjavila je Olga Evdokimov (UIC).
Rad tima prihvaćen je za objavljivanje 25. juna u časopisu Physical Review Letters. Otkriće omogućava preciznija merenja transportnih osobina kvark-gluonske plazme i pruža novi eksperimentalni prozor za testiranje teorija o ponašanju materije u ekstremnim uslovima ranog univerzuma.
Zašto je to važno? Razumevanje kako energija i moment prenose kroz kvark-gluonsku plazmu pomaže fizičarima da bolje modeluju uslove mikrosekundi posle Velikog praska i da testiraju fundamentalne zakone jakih interakcija (kvantne hromodinamike) u novim režimima.
Pomozite nam da budemo bolji.
