Kolaborácia ukázala, ako môžu zrážky protónov s protónmi vo Veľkom hadrónovom urýchľovači odhaliť silnú interakciu medzi zloženými časticami, tzv. hadrónmi.
V článku zverejnenom dnes v Nature, kolaborácia ALICE popisuje techniku, ktorá otvára dvere k vysoko presným štúdiám dynamiky silnej sily medzi hadrónmi na Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC).
Hadróny sú častice zložené z dvoch alebo troch kvarkov viazaných dohromady silnou interakciou sprostredkovanou gluónmi. Táto interakcia tiež pôsobí medzi hadrónmi a viaže nukleóny (protóny a neutróny) spolu vnútri atómových jadier. Jednou z najväčších výziev v súčasnej jadrovej fyzike je porozumenie silnej interakcie medzi hadrónmi s rôznym obsahom kvarkov z prvých princípov, to znamená od silnej interakcie medzi kvarkami a gluónmi, ktoré tvoria jednotlivé hadróny.
Na určenie interakcie z prvých princípov je možné použiť výpočty známe ako mriežková kvantová chromodynamika (QCD), ale tieto výpočty poskytujú spoľahlivé predpovede iba pre hadróny obsahujúce ťažké kvarky, ako sú hyperóny, ktoré majú jeden alebo viac podivných kvarkov. V minulosti boli tieto interakcie študované zrážaním hadrónov v rozptylových experimentoch, ale tieto experimenty je náročné vykonávať s nestabilnými (t. j. rýchlo sa rozpadajúcimi) hadrónmi, ako sú hyperóny. Táto ťažkosť doteraz bránila zmysluplnému porovnaniu medzi meraniami a teóriou pre hadrón-hadrónové interakcie zahŕňajúce hyperóny.
Do tejto situácie prišla nová štúdia kolaborácie, ktorá stojí za ALICE, jedným z hlavných experimentov na LHC. Štúdia ukazuje, ako je možné na odhalenie dynamiky silnej interakcie medzi hyperónmi a nukleónmi, a potenciálne pre akýkoľvek pár hadrónov, použiť techniku založenú na meraní rozdielu hybnosti medzi hadrónmi produkovanými pri zrážkach protónov s protónmi na LHC. Táto technika sa nazýva femtoskopia, pretože umožňuje skúmať priestorové škály blízke 1 femtometru (10–15 metrov) – čo je približne veľkosť hadrónu a dosah pôsobenia silnej sily.
Táto metóda predtým umožnila tímu ALICE študovať interakcie s hyperónmi Lambda (Λ) a Sigma (Σ), ktoré obsahujú jeden podivný kvark a dva ľahké kvarky, ako aj s hyperónom Xi (Ξ), ktorý sa skladá z dvoch podivných kvarkov a jedného ľahkého kvarku. V novej štúdii tím použil techniku na štúdium interakcie medzi protónom a najvzácnejším z hyperónov, hyperónom Omega (Ω), ktorý obsahuje tri podivné kvarky, s vysokou presnosťou.
Presné určenie silnej interakcie pre všetky typy hyperónov bolo neočakávané, hovorí fyzička z kolaborácie ALICE Laura Fabbietti, profesorka na Mníchovskej technickej univerzite. Dá sa to vysvetliť tromi faktormi: skutočnosťou, že LHC môže produkovať hadróny s podivnými kvarkami v hojnom množstve, schopnosťou techniky femtoskopie preskúmať krátky dosah silnej interakcie a vynikajúcimi schopnosťami detektora ALICE identifikovať častice a zmerať ich hybnosti.
Naše nové meranie umožňuje porovnanie s predpoveďami výpočtov z mriežkovej QCD a poskytuje solídne testovacie možnosti pre ďalšie teoretické práce, hovorí hovorca ALICE Luciano Musa. Dáta z ďalších behov LHC by nám mali umožniť prístup k akémukoľvek páru hadrónov.
ALICE otvorila novú cestu pre jadrovú fyziku na LHC – zahŕňajúcu všetky druhy kvarkov, uzatvára Musa.
Ivan Melo
EPPCN network
