Ученые эксперимента ALICE на Большом Адроном Коллайдере произвели первые в истории науки прямые наблюдения за так называемым эффектом “конуса смерти”, который представляет собой проявление теории сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки и глюоны в протоны, нейтроны и другие субатомные частицы. Помимо наблюдения упомянутого эффекта, во время экспериментов ученые получили возможность прямого измерения массы очарованного кварка, прежде чем он скроется и займет свое место в составе частиц-адронов.
Очарованный кварк (с) в партонном потоке теряет энергию, испуская излучение в виде глюонов (g). Ливень показывает мертвый конус подавленного излучения вокруг кварка для углов, меньших, чем отношение массы кварка (m) и энергии (E). Энергия уменьшается на каждом этапе ливня. © CERN
Кварки и глюоны, обобщенно называемые частицами-партонами (partons), получаются в результате столкновений протонов, производимых в недрах коллайдера. После появления партоны проходят сквозь цепочку событий, называемую партонным ливнем, во время чего они теряют энергию, испуская излучение в виде глюонов. Образец излучения этого партонного ливня зависит от массы-энергии партона, он завершается конусообразным регионом, войдя в который, частица-партон больше не излучает вторичного излучения. И этот регион как раз и называется “конусом смерти”.
Существование эффекта “конуса смерти” было предсказано более тридцати лет назад во время формирования первых принципов теории сильных ядерных взаимодействий. Косвенные наблюдения этого эффекта не раз проводились в различных коллайдерах и ускорителях, однако проведение непосредственных наблюдений было связано со многими сложностями непреодолимого на то время характера.
Главной проблемой является то, что собственно регион “конуса смерти” может быть уже заполнен частицами, образовавшихся во время предыдущих партонных ливней. Плюс к этому раньше практически не предоставлялось возможным отслеживание изменений траектории партона, которые происходили при каждом случае излучения им глюона.
Ученые эксперимента ALICE преодолели все проблемы, применив самые современные аналитические методы к данным, содержащим очень большую выборку столкновений протонов. Использование этих методов позволило вычленить из всей мешанины сигналов, полученных датчиками, сигналы, имеющие отношение только к одному случаю партонного ливня. При этом, источником этого ливня являлся очарованный кварк, и ученым удалось отследить все излученные им глюоны до момента входа этого кварка в “конус смерти”.
Полученные ученым результаты также указывают на факт наличия массы у очарованного кварка, поскольку, согласно теории, у частиц, не имеющих массы, не может наблюдаться “конус смерти”.
“Масса различных типов кварков – это фундаментальные константы в физике элементарных частиц. Но к этим величинам практически невозможно получить прямой доступ и измерить их экспериментальным путем, поскольку кварки всегда были заключены внутри более сложных частиц” – пишут исследователи, – “Разработанный нами метод прямого наблюдения за конусом смерти партонного ливня очарованного кварка является совершенно новым способом измерения массы, который можно будет использовать по отношению к кваркам других типов”.
Статья опубликована в журнале Nature
Источник: dailytechinfo.org
