將光子湮滅,兩個原子核的中心碰撞:產生夸克、膠子等離子體!

2020-12-08 騰訊網

在歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)上，重離子碰撞中洛侖茲收縮的鉛核電磁場充當高能光子或光粒子的強源。這種環境讓粒子物理學家研究光子誘導的散射過程，這是其他地方無法研究的。ATLAS實驗物理學家研究的一個關鍵過程包括將光子湮滅為一對帶相反電荷的 子。這種電磁「雙光子過程」通常在「超周邊碰撞」(UPC)中進行研究，其中碰撞鉛原子核之間的橫向間隔大於半徑之和，導致碰撞原子核之間沒有直接的強相互作用。

這為研究高能和高強度電磁相互作用提供了一個乾淨的環境。然而，這些雙光子過程也存在於兩個原子核重疊(「中心碰撞事件」)並產生夸克-膠子等離子體的碰撞中。理論上，產生的 子可以與等離子體中的電荷相互作用，使雙光子過程中產生的 子對成為等離子體中電磁場潛在有價值的探針。ATLAS合作新發布了一項新的、全面的測量UPC和非UPC碰撞事件中雙光子湮沒過程中 子對分布的方法。該測量利用了2015年和2018年大型強子對撞機重離子運行期間記錄的大型數據集。

Atlas物理學家發現， 子對分布根據碰撞的「中心性」（一種衡量兩個原子核如何正面碰撞的指標）而有系統地變化。這種行為由可觀察到的k⊥來量化，它代表垂直於 子方向的雙 子對的橫向動量。圖中顯示了幾個不同中心性類的分布，範圍從UPC事件到中心碰撞事件。從UPC到外圍再到中心碰撞事件觀察到分布的顯著變化。特別是，對於upc事件，兩個 子最有可能背靠背地產生，導致k⊥分布在k⊥=0 MeV時達到峰值。

（博科園圖示）k⊥在不同中心性區間中的分布，其中百分比值表示從最中心性事件開始的給定中心性類中事件的比例(0-5%)。左下角面板對應於UPC事件，這對中的兩個 子的PT要求大於4GeV。對分布進行歸一化，使得每個中心性類中分布的積分等於該中心性類中雙 子對與所有中心性(包括UPC事件)上的雙 子對總數的比率，紅線表示與分布的參數化擬合。圖片：ATLAS Collaboration/CERN

然而，在具有強子相互作用的更中心的碰撞中，兩個 子更有可能從純粹的背靠背略微偏移，導致k⊥分布最有可能的值大於零。根據碰撞事件的中心性，k⊥的最有可能值從upc事件中的k⊥=0 MeV移動到0-5%最中心碰撞中的k⊥=36±1 MeV。這些測量為輸出 子與夸克-膠子等離子體中存在的電磁電荷或場之間，可能的相互作用提供了新見解。然而，新的計算表明，與數據中看到效果相似的效應，可能是光子橫向動量的初始態加寬和產生過程本身的組合造成。需要未來的分析和額外測量來建立對數據中觀察到的相關特徵機制。

博科園｜研究/來自：ATLAS Experiment

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