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两个原子核的中心碰撞:产生夸克、胶子等离子体!还将光子湮灭

两个原子核的中心碰撞:产生夸克、胶子等离子体!还将光子湮灭
2020年02月17日 17:50 博科园作者:博科园

  在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上,重离子碰撞中洛仑兹收缩的铅核电磁场充当高能光子或光粒子的强源。这种环境让粒子物理学家研究光子诱导的散射过程,这是其他地方无法研究的。ATLAS实验物理学家研究的一个关键过程包括将光子湮灭为一对带相反电荷的µ子。这种电磁“双光子过程”通常在“超周边碰撞”(UPC)中进行研究,其中碰撞铅原子核之间的横向间隔大于半径之和,导致碰撞原子核之间没有直接的强相互作用。

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  这为研究高能和高强度电磁相互作用提供了一个干净的环境。然而,这些双光子过程也存在于两个原子核重叠(“中心碰撞事件”)并产生夸克-胶子等离子体的碰撞中。理论上,产生的µ子可以与等离子体中的电荷相互作用,使双光子过程中产生的µ子对成为等离子体中电磁场潜在有价值的探针。ATLAS合作新发布了一项新的、全面的测量UPC和非UPC碰撞事件中双光子湮没过程中µ子对分布的方法。该测量利用了2015年和2018年大型强子对撞机重离子运行期间记录的大型数据集。

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  Atlas物理学家发现,µ子对分布根据碰撞的“中心性”(一种衡量两个原子核如何正面碰撞的指标)而有系统地变化。这种行为由可观察到的k⊥来量化,它代表垂直于µ子方向的双µ子对的横向动量。图中显示了几个不同中心性类的分布,范围从UPC事件到中心碰撞事件。从UPC到外围再到中心碰撞事件观察到分布的显着变化。特别是,对于upc事件,两个µ子最有可能背靠背地产生,导致k⊥分布在k⊥=0 MeV时达到峰值。

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  • (博科园图示)k⊥在不同中心性区间中的分布,其中百分比值表示从最中心性事件开始的给定中心性类中事件的比例(0-5%)。左下角面板对应于UPC事件,这对中的两个µ子的PT要求大于4GeV。对分布进行归一化,使得每个中心性类中分布的积分等于该中心性类中双µ子对与所有中心性(包括UPC事件)上的双µ子对总数的比率,红线表示与分布的参数化拟合。图片:ATLAS Collaboration/CERN

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  然而,在具有强子相互作用的更中心的碰撞中,两个µ子更有可能从纯粹的背靠背略微偏移,导致k⊥分布最有可能的值大于零。根据碰撞事件的中心性,k⊥的最有可能值从upc事件中的k⊥=0 MeV移动到0-5%最中心碰撞中的k⊥=36±1 MeV。这些测量为输出µ子与夸克-胶子等离子体中存在的电磁电荷或场之间,可能的相互作用提供了新见解。然而,新的计算表明,与数据中看到效果相似的效应,可能是光子横向动量的初始态加宽和产生过程本身的组合造成。需要未来的分析和额外测量来建立对数据中观察到的相关特征机制。

  博科园|研究/来自:ATLAS Experiment

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