Сильное взаимодействие элементарных частиц и атомных ядер – одна из четырех фундаментальных сил в природе. Микроскопической теорией сильного взаимодействия является Квантовая Хромодинамика (КХД), в которой кванты материи кварки удерживаются вместе за счет обмена глюонами.
Прецизионное определение распределений кварков и глюонов (коллективно называемых партонами) в протонах и ядрах является одним из открытых вопросов и активной областью исследований современной ядерной физики при высоких энергиях. Именно выяснению этого вопроса посвящена физическая программа будущего электрон-ионного коллайдера (Electron-Ion Collider, EIC), строительство которого на базе релятивистского коллайдера тяжелых ионов (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) было недавно одобрено.
Одним из важных процессов, позволяющих ответить на этот вопрос, является дифракционное фоторождение двух струй с большими поперечными импульсами. В данной реакции налетающий электрон служит источником квази-реальных фотонов, которые взаимодействуют с мишенью (протоном или ядром) либо напрямую (так называемый прямой вклад, direct photon), либо посредством своей кварк-глюонной структуры (разрешенный вклад, resolved photon) и при этом мишень рассеивается упруго или же переходит в состояние с небольшой массой. Ключевой характеристикой этого процесса является отсутствие адронной активности в области быстрот в направлении протона (ядра) в конечном состоянии (rapidity gap), что указывает на дифракционный характер рассеяния.
В рамках подхода коллинеарной факторизации теории возмущений КХД сечение этой реакции выражается в терминах дифракционных партонных распределений мишени, партонных распределений в фотоне (разрешенный вклад), потока фотонов от протона и элементарного сечения рождения двух струй (партонов) при рассеянии партонов и фотона (прямой вклад). В то время как этот процесс был измерен на электрон (позитрон)-протонном коллайдере HERA в Германии, остался открытым вопрос о нарушении факторизации, связанный с тем, что вычисления в следующем (NLO) порядке теории возмущений КХД примерно в 2 раза превышают измерения. Cогласия с данными можно добиться, предположив либо глобальный фактор подавления 0.5, либо введя фактор подавления 0.34 для разрешенного вклада. Также была предложена схема нарушения факторизации, интерполирующая между этими двумя сценариями. В мае 2020 года в журнале Journal of High Energy Physics вышла статья, соавтором которой выступает старший научный сотрудник Лаборатории релятивистской ядерной физики (ЛРЯФ) Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, кандидат физ.-мат. наук В.А. Гузей. В статье было вычислено сечение фоторождения двух струй в кинематике электрон-ионного коллайдера в подходе NLO пертурбативной КХД и показано, что измерение этого процесса обеспечит прецизионное определение дифракционных партонных распределений в протоне, которое дополнит, а в определенной кинематической области улучшит, результаты HERA, а также прольет свет на проблему механизма нарушения факторизации. Пример полученных предсказаний показан на рис. 2, представляющем сечение процесса e+p ->e’+2 jets+X+Yкак функцию партонной доли импульса в фотоне. Чувствительность к нарушению факторизации иллюстрируется тремя кривыми, отвечающим разным схемам этого нарушения [2,3].
В опубликованной работе было также показано, что дифракционное фоторождение двух струй на ядерных мишенях позволит впервые измерить ядерные дифракционные партонные распределения, определить в них величину ядерной экранировки, а также использовать для получения дополнительной информации о механизме нарушения факторизации.