Ju högre kollisionenergi för partiklar, ju mer intressant fysiken är. Forskare från Institute of Nuclear Physics vid Polska vetenskapsakademien i Krakow har funnit ytterligare bekräftelse på detta antagande, den här gången, vid hög energi kollision av protoner med protoner eller blykärnor.

När en proton kolliderar med hög energi med en annan proton eller atomkärna, effekten av kollisionen är en ström av sekundära partiklar som kallas en stråle. Några av dessa strålar sträcker sig i sidled, men det finns några som håller sig i en rörelseriktning nära den primära. Detaljerna för kollisionskursen bestäms inte bara av typen av kolliderande partiklar, men också av många andra faktorer, särskilt, mängden energi. I Fysikbokstäver B , en grupp med fyra forskare från Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) i Krakow har visat att ytterligare fenomen måste beaktas vid de högsta energierna som erhålls i LHC -acceleratorn för att kunna ge en korrekt beskrivning under kollisionen mellan protoner med protoner eller blykärnor.

ATLAS -experimentet vid LHC -acceleratorn (CERN, Genève) har registrerat kollisioner mellan två protonstrålar eller en protonstråle med en stråle av blykärnor som färdats i motsatta riktningar i åratal. De krakowbaserade forskarna tittade närmare på de senaste uppgifterna om högenergikollisioner som når fem teraelektronvolter (dvs. tusentals miljarder eV). Särskild uppmärksamhet ägnades åt de fall då jetplanen som körde från kollisionspunkten rörde sig framåt, d.v.s. längs balkarnas ursprungliga riktning.

"Varken protoner eller neutroner som finns i atomkärnor är elementära partiklar. Vanligtvis, de sägs bestå av tre kvarkar, men detta är en enorm förenkling. Faktiskt, varje proton eller neutron är en extremt dynamisk enhet fylld med ett ständigt kokande hav av gluoner, d.v.s. partiklarna som limar kvarkar ihop. Det finns ett intressant faktum i samband med denna dynamik:Beroende på beteendet hos dess komponentpartiklar, d.v.s. partoner, protonen kan ibland vara mer tät eller ibland mindre. Och detta förklarar varför vi tycker ärenden med kollisioner med framåtriktade jetplan så intressanta. De relaterar till situationer där en proton är utspädd, eller beter sig som en kula, och den andra är tät, eller beter sig som ett mål, "förklarar Dr Krzysztof Kutak (IFJ PAN).

I sin modell av protonkollisioner med hög energi, fysiker från IFJ PAN tog hänsyn till två tidigare kända fenomen. Den första är kopplad till det faktum att när kollisionenergin ökar, antalet gluoner som bildas inuti protoner ökar, för. Det visar sig att denna process inte fortsätter på obestämd tid. Vid en viss tidpunkt, när kollisionsenergin är tillräckligt stor, det finns så många gluoner att de börjar rekombineras med varandra. En dynamisk jämvikt skapas sedan mellan processen för gluonproduktion och deras rekombination. Denna effekt kallas mättnad.

Den andra faktorn som krakowfysikerna tog hänsyn till var Sudakov -effekten. Detta hänför sig till situationer där momenten för skillnaden i momenta för genererade jetplan är större än momenton hos partoner som initierar jetproduktion. Detta till synes motsägelsefulla resultat är i verkligheten resultatet av kvanteffekter i samband med överföring av momentum mellan partonerna som är involverade i kollisionen. Som ett resultat, sannolikheten för att producera back-to-back jetplan minskar och sannolikheten för produktion av jetplan vid måttlig azimutalängel ökar.

"Både mättnad och Sudakov -effekten har varit kända sedan en tid tillbaka. Men deras samspel behandlades inte. De extrema förhållanden som skapas vid framåt-framåt-di-jets-produktion motiverade oss att ta hänsyn till båda effekterna, "säger doktor Andreas van Hameren (IFJ PAN)." Sudakov -effekten har vanligtvis beaktats i simuleringar. Men när energin är tillräckligt hög, de olinjära effekterna slås på, och man måste ta hänsyn till mättnad, "säger Dr Piotr Kotko (IFJ PAN, AGH).

Detta uttalande kompletteras av Dr. Sebastian Sapeta (IFJ PAN):"Vi tog själva hänsyn till Sudakov -effekten i en av våra tidigare tidningar, men bara i de fall då vissa jetflygningar sprang i "framåt" riktning och några stannade kvar i detektorns centrala område, d.v.s. spridda i stor vinkel i förhållande till strålens riktning. När man beskriver sådana händelser, vi kan utelämna mättnad. "

I deras senaste publikation, den krakowbaserade gruppen visade att för att den teoretiska beskrivningen ska överensstämma med experimentella data, kollisioner vid höga energier kräver att båda dessa fenomen beaktas samtidigt. Den här artikeln är den första så fullständiga beskrivningen av produktionen av framstrålar i högenergiproton-proton- och proton-kärna (bly) högenergikollisioner. För närvarande, författarna arbetar med en förlängning av den föreslagna formalismen till kollisioner med produktion av ett större antal jetplan och partiklar.