Hoe hoger de botsingsenergie van deeltjes, hoe interessanter de fysica. Wetenschappers van het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen in Krakau hebben een verdere bevestiging van deze veronderstelling gevonden, deze keer, in de hoge energiebotsing van protonen met protonen of loodkernen.

Wanneer een proton met hoge energie botst met een ander proton of atoomkern, het effect van de botsing is een stroom secundaire deeltjes die bekend staat als een jet. Sommige van deze jets strekken zich zijwaarts uit, maar er zijn er die zich aan een bewegingsrichting houden die dicht bij de primaire ligt. De details van de ramkoers worden niet alleen bepaald door het soort botsende deeltjes, maar ook door vele andere factoren, vooral, de hoeveelheid energie. In Natuurkunde Letters B , een groep van vier wetenschappers van het Instituut voor Nucleaire Fysica van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN) in Krakau heeft aangetoond dat er rekening moet worden gehouden met aanvullende verschijnselen bij de hoogste energieën die in de LHC-versneller worden verkregen om een ​​nauwkeurige beschrijving te produceren van het verloop van de botsing van protonen met protonen of loodkernen.

Het ATLAS-experiment bij de LHC-versneller (CERN, Genève) registreert al jaren de botsingen van twee protonenbundels of een protonenbundel met een bundel loden kernen die in tegengestelde richtingen reizen. De in Krakau gevestigde onderzoekers hebben de laatste gegevens over botsingen met hoge energie die vijf tera-elektronvolt bereikten (d.w.z. duizenden miljarden eV). Speciale aandacht werd besteed aan die gevallen waarin de straaljagers die vanaf het aanvaringspunt in voorwaartse richting bewogen, d.w.z., langs de oorspronkelijke richting van de balken.

"Noch protonen, noch de neutronen die in atoomkernen worden gevonden, zijn elementaire deeltjes. er wordt gezegd dat ze uit drie quarks bestaan, maar dit is een enorme oversimplificatie. In feite, elk proton of neutron is een uiterst dynamische entiteit gevuld met een constant kokende zee van gluonen, d.w.z., de deeltjes die quarks aan elkaar lijmen. Er is een interessant feit verbonden aan deze dynamiek:afhankelijk van het gedrag van de samenstellende deeltjes, d.w.z., partijen, het proton kan soms dichter of soms minder zijn. En dit verklaart waarom we de gevallen van botsingen met voorwaarts gerichte jets zo interessant vinden. Ze hebben betrekking op situaties waarin één proton verdund is, of gedraagt ​​zich als een kogel, en de andere is dik, of gedraagt ​​zich als een doelwit, " legt Dr. Krzysztof Kutak (IFJ PAN) uit.

In hun model van hoogenergetische protonbotsingen, natuurkundigen van de IFJ PAN hielden rekening met twee eerder bekende fenomenen. De eerste houdt verband met het feit dat naarmate de botsingsenergie toeneemt, het aantal gevormde gluonen in protonen neemt toe, te. Het blijkt dat dit proces niet oneindig doorgaat. Op een bepaald moment, wanneer de botsingsenergie groot genoeg is, er zijn zoveel gluonen dat ze met elkaar gaan recombineren. Er ontstaat dan een dynamisch evenwicht tussen het proces van gluonproductie en hun recombinatie. Dit effect wordt verzadiging genoemd.

De tweede factor waarmee de natuurkundigen van Krakau rekening hielden, was het Sudakov-effect. Dit heeft betrekking op situaties waarin het momentum van het verschil van de momenta van gegenereerde stralen groter is dan het momentum van de partons die de straalproductie initiëren. Dit schijnbaar tegenstrijdige resultaat is in werkelijkheid het resultaat van kwantumeffecten die samenhangen met de overdracht van momentum tussen de bij de botsing betrokken partijen. Als resultaat, de kans op het produceren van back-to-back jets wordt verminderd en de kans op het produceren van jets bij een matige azimutale engel wordt vergroot.

"Zowel de verzadiging als het Sudakov-effect zijn al enige tijd bekend. hun interactie werd niet aangepakt. De extreme omstandigheden die worden gecreëerd in de voorwaartse productie van di-jets motiveerden ons om rekening te houden met beide effecten, " zegt Dr. Andreas van Hameren (IFJ PAN). "Het Sudakov-effect werd meestal meegenomen in simulaties. Maar zodra de energie hoog genoeg is, de niet-lineaire effecten worden ingeschakeld, en men moet rekening houden met verzadiging, " zegt Dr. Piotr Kotko (IFJ PAN, AGH).

Deze verklaring wordt aangevuld door Dr. Sebastian Sapeta (IFJ PAN):"We hebben zelf het Sudakov-effect in overweging genomen in een van onze eerdere artikelen, maar alleen in de gevallen waarin sommige jets in een 'voorwaartse' richting liepen en sommige in het centrale gebied van de detector bleven, d.w.z., verstrooid onder een grote hoek ten opzichte van de richting van de bundel. Bij het beschrijven van dergelijke gebeurtenissen, we kunnen verzadiging weglaten."

In hun laatste publicatie, de op Krakau gebaseerde groep bewees dat om de theoretische beschrijving overeen te laten komen met experimentele gegevens, botsingen met hoge energieën vereisen dat beide fenomenen tegelijkertijd in overweging worden genomen. Dit artikel is de eerste dergelijke volledige beschrijving van de productie van voorwaartse jets in hoogenergetische proton-proton- en proton-kern (lood) hoogenergetische botsingen. Momenteel, de auteurs werken aan een uitbreiding van het voorgestelde formalisme tot botsingen met de productie van een groter aantal jets en deeltjes.