Fördelningarna av k⊥ i olika centralitetsintervall, där procentvärdena anger bråkdelen av händelser i en given centralitetsklass utgående från de mest centrala händelserna (0-5%). Den nedre vänstra panelen motsvarar UPC-händelserna. PT för båda myonerna i paret måste vara större än 4 GeV. Fördelningarna är normaliserade så att integralen av fördelningarna i varje centralitetsklass är lika med förhållandet mellan dimuonpar i den centralitetsklassen och det totala antalet dimuonpar över alla centraliteter (inklusive UPC-händelserna). De röda linjerna indikerar parametriserade passningar till fördelningarna. Upphovsman:ATLAS Collaboration/CERN
Vid Large Hadron Collider (LHC) vid CERN, de elektromagnetiska fälten hos Lorentz-sammandragna blykärnor i kollisioner med tunga joner fungerar som intensiva källor för högenergifotoner, eller ljuspartiklar. Denna miljö tillåter partikelfysiker att studera foton-inducerade spridningsprocesser, som inte kan studeras någon annanstans.
En nyckelprocess som undersökts av ATLAS Experiment fysiker involverar förintelsen av fotoner till par av motsatt laddade myoner. Sådana elektromagnetiska "två-fotonprocesser" studeras vanligtvis i "ultra-perifera kollisioner" (UPC), där den tvärgående separationen mellan de kolliderande blykärnorna är större än summan av deras radier, vilket resulterar i inga direkta starka interaktioner mellan de kolliderande kärnorna. Detta ger en ren miljö för studier av elektromagnetiska interaktioner med hög energi och intensitet. Dock, dessa två-fotonprocesser är också närvarande i kollisioner där de två kärnorna överlappar ("centrala kollisionshändelser") och producerar kvarg-gluonplasma. De producerade myonerna kan, i princip, interagerar med laddningarna i plasman, gör myonparen som skapas i tvåfotonprocesser till en potentiellt värdefull sond av de elektromagnetiska fälten i plasmat.
ATLAS Collaboration släppte nyligen en ny, omfattande mätning av fördelningarna av myonpar från två-fotonförintelseprocesser, vid UPC- och icke-UPC-kollisionshändelser. Mätningen använder den stora datamängden som registrerades under 2015 och 2018 års tunga jonkörningar av LHC.
ATLAS-fysiker fann att fördelningarna av myonpar varierade systematiskt beroende på kollisionens "centralitet" (ett mått på hur två kärnor frontalt kolliderar). Detta beteende kvantifieras av det observerbara k ⊥ som representerar dimuonparets transversella momentum vinkelrätt mot myonriktningarna. Figuren visar fördelningen av flera olika centralitetsklasser, allt från UPC-händelser till centrala kollisionshändelser.
En betydande förändring i fördelningarna observeras från UPC till perifera till centrala kollisionshändelser. Särskilt, för UPC-evenemangen, de två myonerna kommer med största sannolikhet att produceras rygg mot rygg, som leder till k ⊥ fördelningar som toppar vid k ⊥ =0 MeV. Dock, i mer centrala kollisioner med hadroniska interaktioner, de två myonerna är mer benägna att ha en liten förskjutning från att vara enbart rygg mot rygg, resulterande i k ⊥ fördelningar att ha ett mest sannolikt värde större än noll. Det mest sannolika värdet på k⊥ skiftar, beroende på kollisionshändelsens centralitet, från k ⊥ =0 MeV i UPC-händelser till k ⊥ =36 ± 1 MeV i de 0-5 % mest centrala kollisioner.
Dessa mätningar ger ny inblick i den möjliga interaktionen mellan de utgående muonerna med elektromagnetiska laddningar eller fält som finns i kvark-gluonplasma. Dock, färska beräkningar tyder på att effekter liknande de som ses i data kan vara resultatet av en kombination av initialtillståndsbreddningen av fotonens tvärgående moment och från själva produktionsprocessen. Framtida analyser och ytterligare mätningar behövs för att fastställa den eller de mekanismer som är ansvariga för de egenskaper som observeras i data.
