När två blyjoner kolliderar vid Large Hadron Collider (LHC), producerar de ett extremt varmt och tätt tillstånd av materia där kvarkar och gluoner inte är inneslutna i kompositpartiklar som kallas hadroner. Detta eldklot av partiklar – känt som kvarg-gluonplasma och tros ha fyllt universum under de första miljondelssekunderna efter Big Bang – expanderar och kyls ner snabbt. Kvarkarna och gluonerna omvandlas sedan tillbaka till hadroner, som flyger ut ur kollisionszonen mot partikeldetektorer.
Vid kollisioner där de två blyjonerna inte kolliderar frontalt, har överlappsområdet mellan jonerna en elliptisk form som lämnar ett avtryck på flödet av hadroner. Mätningar av ett sådant elliptiskt flöde ger ett kraftfullt sätt att studera kvarg-gluonplasma. I en nyligen publicerad tidning till arXiv preprint-server, rapporterade ALICE-samarbetet en ny mätning av det elliptiska flödet av hadroner som innehåller tunga kvarkar, som är särskilt kraftfulla prober i plasma.
Till skillnad från gluonerna och lätta kvarkar som utgör huvuddelen av kvark-gluonplasman som skapas vid kollisioner med tunga joner, produceras tunga charm- och skönhetskvarkar i de inledande stadierna av kollisionerna, innan plasman bildas. De interagerar därför med plasmat genom hela dess utveckling, från dess expansion och avkylning till dess omvandling till hadroner.
Flera interaktioner med plasmans beståndsdelar bringar tunga kvarkar i termisk jämvikt med mediet inom en tid som är omvänt proportionell mot kvarkens massa. Charmkvarkar är lättare än skönhetskvarkar, så en kortare termaliseringstid och en högre grad av termalisering förväntas för charmkvarkar än skönhetskvarkar.
När de väl har termaliserats med plasman bildar charmkvarkar D-mesoner och skönhetskvarkar bildar B-mesoner, genom att de kombineras med mediets lätta kvarkar (se figuren ovan). Tidigare mätningar har visat att det elliptiska flödet av sådana "prompta" D-mesoner, så kallade för att de produceras direkt efter kollisionerna, är nästan lika starkt som det för de lättaste hadronerna, pioner. Eftersom termaliseringstiden förväntas vara längre för skönhetskvarkar än charmkvarkar, förutsägs det elliptiska flödet av B-mesoner vara svagare än för prompt D-mesoner.
I sin nyligen genomförda analys av icke-head-on ledning-lead-kollisioner som inträffade under körning 2 av LHC, mätte ALICE-samarbetet det elliptiska flödet av B-mesoner, genom att mäta flödet av "icke-prompt" D-mesoner som produceras i sönderfallen av B mesoner. Nyckeln till analysen var antagandet av en maskininlärningsteknik för att separera produkterna från sönderfallet av icke-prompta D-mesoner från de av de snabba, samt att undertrycka de många bakgrundspartikelprocesser som efterliknar D-mesonproduktion och sönderfall. .
Den nya mätningen visar att det elliptiska flödet för de icke-prompta D-mesonerna är svagare än för deras snabba motsvarigheter, i överensstämmelse med förväntningarna. Resultatet kastar nytt ljus över termaliseringen av skönhetskvarkar i kvark-gluonplasman och banar väg för nya ALICE-mätningar baserade på data från Run 3 av LHC.
Med 40 gånger fler kollisioner än det totala antalet registrerade av ALICE under dess tidigare perioder av datainsamling av tunga joner, kommer det nya provet av bly-bly-kollisioner som togs 2023 att tillåta flödet av charm och skönhetspartiklar att studeras mer i detalj, vilket gör ytterligare ljus om deras dynamik i kvark-gluonplasman.
Mer information: Mätning av icke-prompt D 0 -meson elliptiskt flöde i Pb-Pb-kollisioner vid √sNN =5,02 TeV, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2307.14084
Journalinformation: arXiv
Tillhandahålls av CERN
