Att studera kärnämne under extrema förhållanden gör det möjligt för forskare att bättre förstå hur universum kan ha sett ut direkt efter dess skapelse. Forskare vid Large Hadron Collider uppnår förutsättningarna för att återskapa mini-Big Bangs i labbet genom att kollidera kärnor med hastigheter nära ljusets. Dessa kollisioner skapar temperaturer som är ungefär en miljon gånger varmare än solens centrum.
Detta smälter kärnorna till ett eldklot av deras beståndsdelar kvarkar och gluoner, känd som kvark-gluon plasma (QGP). Kvarkar och gluoner från de kolliderande kärnorna rikoscherar också ibland varandra mycket tidigt i kollisionen och bildar sprayer av energiska partiklar som kallas jetstrålar. Dessa strålar förlorar sin energi när de lämnar plasman, med breda strålar som förlorar mer energi än smala strålar.
Forskare har länge kämpat för att förstå mekanismerna genom vilka energiska kvarkar och gluoner, som delas upp i utsprång och bildar jetstrålar, interagerar med QGP. En metod för att förstå jetenergiförlust är känd som "dekoherensmetoden."
Denna metod får forskare att förvänta sig att en bred stråle med två stift, som var och en kan fungera som en separat strålningssändare, kommer att förlora mer energi än en smal stråle, som fungerar som en enda strålningskälla.
I en studie publicerad i tidskriften Physical Review C , mätte forskare energiförlusten hos jetstrålar med smala och breda strukturer i QGP. Resultaten bekräftar för första gången att plasman behandlar varje utsprång i en jet oberoende endast när utsprången är åtskilda av en kritisk vinkel som är tillräckligt stor för att QGP ska kunna interagera med strålarna som oberoende enheter.
För första gången har forskare mätt den energiförlust som jetstrålar som korsar QGP som funktion av dess understruktur med hjälp av kollisionsdata som samlats in av ATLAS, det största experimentet med allmänpartikeldetektorer vid Large Hadron Collider.
Forskarna implementerade en algoritm för att framgångsrikt kombinera information från de olika subdetektorerna i ATLAS och bygga en exakt bild av strålens inre struktur i den täta kollisionsmiljön med tunga joner. Resultatet indikerar att strukturen hos en jet kännetecknas av dess öppningsvinkel, och jetstrålar med en bredare öppningsvinkel observeras att förlora betydligt mer energi i QGP än smala jetstrålar.
Detta resultat bekräftar dekoherenshypotesen, som förutsäger uppkomsten av en kritisk vinkel vid den första hårda splittringen av en jet, över vilken jetstrålen förlorar energi "osammanhängande" som två sändare. De nya resultaten fastställer att QGP inte modifierar den hårda understrukturen hos en jet som passerar genom den utan snarare släcker jetstrålar med en bredare understruktur.
Mer information: G. Aad et al, Mätning av understrukturberoende jetundertryckning i Pb+Pb-kollisioner vid 5,02 TeV med ATLAS-detektorn, Physical Review C (2023). DOI:10.1103/PhysRevC.107.054909
Journalinformation: Fysisk granskning C
Tillhandahålls av US Department of Energy
