Співробітники ФІАН дали пояснення ефекту «хребта» в експериментах на Великому адронному колайдері (LHC).
Трохи більше року тому учасники колаборації CMS на LHC оголосили про виявлення ефекту, не передбаченого модельними розрахунками, - кореляції в русі вторинних частинок, народжених у протон-протонних зіткненнях.
Детектор CMS (Compact Muon Solenoid - компактний мюонний соленоїд) реєструє процеси, що відбуваються при зіткненні пучків протонів і ядер. Кожне зіткнення, особливо центральне, тягне за собою народження вторинних частинок, що розлітаються з точки початкового ударіння під певним кутом. Ефект, виявлений на LHC, полягає в тому, що після ударіння пучків протонів з енергіями 3,5 ТЕВ (3,5 * 1012 еВ) пари вторинних заряджених частинок залишалися пов'язаними, навіть розлітаючись в різні боки. Ця кореляція проявляється у вигляді хребта на карті розподілів (див. малюнок 1, карта праворуч
). За два роки до цього щось схоже спостерігалося в ультрарелятивістських ударіннях важких іонів на прискорювачі RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - релятивістський важко-іонний колайдер) у Брукхевенській національній лабораторії (США). А найперші вказівки на кореляції частинок з малою відмінністю в азимутальних кутах і великою протяжністю по полярних кутах (псевдобыстроте) були отримані ще 25 років тому - в космічних променях в експериментах ФІАН на Памірі (в державах протонів з ядрами повітря), якраз при енергіях, відповідних енергіям L
HC.Однако незважаючи на те, що ефект проявляв себе як мінімум тричі, однозначного пояснення йому поки немає. Пояснення, яке пропонують співробітники ФІАН Максим Азаркін, Ігор Дремін і Андрій Леонідов, ґрунтується на існуванні м'яких адронних стр
ун. Розповідає провідний науковий співробітник Сектору фізики високих енергій, д. ф.-м.н. Андрій Леонідов: "Адронна струна - це те, що пов'язує кварк і антикварк у мезоні. Коли ми намагаємося розтягнути їх один від одного, то через ефект конфайнменту кварк і антикварк розійтися не можуть, і між ними з'являється скріплююча їх хромоелектрична трубка, яка і називається адронною струною. У м'якої адронної струни, з якою ми пов'язуємо явище хребта, натягнення порядку ГЕВа на Фермі. Процеси множинного народження частинок пов'язані з тим, що ці трубки розпадаються, коли струну розтягують. Грубо кажучи, вона розривається на коротші струни, які зрештою стають частинками. Це все одно, що розривати гумову стрічку, але при цьому потрібно мати на увазі, що як тільки вона розірвалася посередині, кожен зі шматочків підхоплюється далі і розтягується знову. Це відбувається до тих пір, поки нарешті все не заспокоїться, а ті шматки гумової стрічки, які залишаться - є кінцеві адрони
". Визначальним ефект факту з позиції теорії струнної філософії є те, що струни, натягнуті між кварками, утворюють виділений вектор, який пов'язує траєкторії частинок, що розлітаються в поперечній площині. Цей вектор якраз і показує виділений напрямок, в якому відбувається орієнтація або так звана вибудуваність. Вчені ФІАН вважають, що цього механізму достатньо, щоб з'явився ефект «хребта». "Якщо вимкнути всі інші механізми, крім цього, то з'явиться та сама вибудуваність. Ми показали дію такого природного механізму, який працює завжди, коли є струнні або струноподібні конфігурації. Тобто все цілком вкладається в особливості того, як повинна бути натягнута ця струна. Це досить природна річ, що дає максимально просту інтерпретацію ефекту ", - коментує Андрій Леонідов. Виходячи
з проведених модельних розрахунків, ефект вибудуваності вторинних частинок з урахуванням адронних струн спостерігається при певному співвідношенні полярних і азимутальних кутів, а також при певних імпульсах вторинних частинок, дуже схожих з спостережуваними в експериментах на LHC. По полярному куті - це плато, а по азимуту - пік при нульовому відносному вугіллі, тобто частинки однаково дивляться по азимуту і сильно корельовані по полярному
куту.Робота була виконана в рамках досліджень, які проводить в колаборації CMS ФІАНівська група під керівництвом головного наукового співробітника ФІАН, д. ф.-м.н. Сергія Русакова. За словами одного зі співавторів роботи Максима Азаркіна, ця робота - частина великої діяльності Сектора високих енергій ФІАН з розуміння того, що ми бачимо в дослідах на Великому адронному колайдері
. На малюнках
:Заставка - фрагмент картини Юрія Ричкова «Гірський хребет», на фото внизу - Головний Кавказький хр
ебет, 1. Порівняння розподілів при менших (ліворуч) і великих (праворуч) значеннях поперечного імпульсу; 2. На карті ліворуч - розподіл, отриманий на LHC при зіткненні протонів, праворуч - на RHIC при зіткненні іонів золота (ілюстрації - CERN).