Figur 1:Händelsevisning av en bly-bly-kollision med en stor tvärgående momentonfoton. I detta evenemang, den förväntade balanseringsstrålen syns inte i ögat, överensstämmer med att det försämras genom dess passage genom kvark-gluonplasma. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Kollisioner av blykärnor i LHC bildar heta, tätt medium som kallas kvark-gluonplasma (QGP). Experimentellt, QGP kännetecknas av det kollektiva flödet av nya kvarker och gluoner. De splittras till mycket kollimerade "strålar" av partiklar som i sin tur tappar energi genom ett fenomen som kallas strålkylning. Att studera denna effekt kan förbättra förståelsen av kvantkromodynamik, teorin om den starka nukleära interaktionen som styr beteendet hos QGP.
I ATLAS -experimentet på CERN, strålkylning har mätts med olika tekniker. I en metod, den totala produktionshastigheten för stora tvärgående momentumstrålar befanns vara väsentligt undertryckt vid "centrala" bly-bly-kollisioner (de där de kolliderande blykärnorna har en stor överlappning och skapar ett utökat område av QGP). Jetkylning har också observerats vid enskilda händelser, såsom när den förväntade momentbalansen mellan par jetplan befinner sig vara snedvriden av närvaron av QGP -mediet.
Händelser där en stråle produceras mittemot en hög momentumfoton är särskilt användbara eftersom fotonen inte märkbart interagerar med kvarkerna och gluonerna som bildar mediet. Andelen av fotons momentum som bärs av balansstrålen vid bly-bly-kollisioner har mätts av ATLAS, och befanns vara starkt förskjuten till lägre värden, återspeglar dämpningen av jetens totala momentum när den passerar genom mediet.
Förutom att släcka den totala jetmomentet, mediet kan också snedvrida hur det återstående momentet sprids bland hadronerna i strålen. Dessa så kallade "fragmenteringsfunktioner" har mätts för första gången av ATLAS för strålar motsatt en foton i proton-proton- och bly-bly-kollisioner.
Figur 2:Fragmenteringsfunktion i proton-protonhändelser som en funktion av laddad partikel transversal momentum. Resultaten visas för kvark-majoritetsprovet av fotonbalanseringsstrålar (svart), gluon-majoritetsprovet av inkluderande utvalda jets (rött), och en Monte Carlo -simulering (grön). Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Foton+jet -händelser kommer sannolikt att uppstå från Compton -spridningen av en gluon i en av strålarna utanför en kvark i den andra strålen, vilket betyder att strålen mittemot foton troligen initierades av en fragmenterad kvark. Däremot, strålar med liknande momentum men utan en tillhörande foton är mer benägna att komma från fragmenterande gluoner. Figur 2 jämför dessa olika fragmenteringsfunktioner vid proton -protonkollisioner, visas här som en funktion av hadronernas tvärgående momentum inuti en stråle. Jets som främst initieras av en kvark har ett fragmenteringsmönster som är mer sannolikt att skapa mer energiska fragment än för gluon-majoritetsstrålarna, som förväntat från tidigare studier av kvark- och gluonstrålar.
Vid perifera bly-bly-kollisioner (där kärnorna har blygsam överlappning och skapar en måttlig QGP-region), fragmenteringsfunktionen för fotonbalanseringsstrålar har visat sig vara väsentligt modifierad jämfört med proton-protonkollisioner, återspeglar effekterna av det förvrängande mediet. Vid centrala bly -bly -kollisionshändelser, dessa ändringar befinner sig vara ännu större. Detta visas i figur 3, som jämför förhållandet mellan fragmenteringsfunktionen i centrala till perifera lead -lead -händelser, för båda typerna av jets. Dessa resultat tyder på att när jetplan reser genom en större och varmare QGP -region, deras inre struktur modifieras systematiskt ytterligare.
Figur 3:Förhållandet mellan fragmenteringsfunktionen för jetplan azimutalt balanserad med en högmoment (pT) -foton mellan centrala och perifera bly-blykollisioner, visas som en funktion av laddad partikel transversal momentum. Resultaten visas för fotonmärkta jets (svarta punkter) och för inkluderande jets i (röda punkter). Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Intressant nog, studier av fragmenteringsfunktionen för inkluderande jets observerar ett annat beteende - vilket är att efter en viss QGP -storlek, de nya jetplanen fortsätter inte att modifieras. Eftersom denna oväntade egenskap hos uppgifterna kan bero på ett antal faktorer, mer detaljerade studier med den högre foton+jetstatistiken som förväntas i 2018-lead-lead datatagning kommer att vara användbart för att avslöja ursprunget till denna effekt.
