1 апреля 2022

На Большом адронном коллайдере получены новые данные по вероятностям образования адронов

Схема детекторного комплекса LHCb.

Изучение и описание процесса фрагментации (адронизации) представляет одну из наиболее важных областей экспериментальной физики высоких энергий, позволяющую понять, как формировались «кирпичики», составляющие наблюдаемую нами материю. Под процессом фрагментации обычно понимается формирование адронов из кварков и глюонов.

Вероятность образования определенного адрона из кварка конкретного типа называется «функцией перехода». Теоретические предсказания величин функций перехода в настоящее время не могут быть даны с удовлетворительной точностью, однако возможен их расчет непосредственно из экспериментальных данных. Такому измерению отношений функций перехода и посвящена работа лаборанта-исследователя Лаборатории барионной физики Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Чуликова Владимира Владимировича, который получил в 2022 году стипендию им. В.М. Лобашева для молодых ученых и специалистов Института за успехи в области ядерной физики.

Особый интерес представляет проверка того, насколько универсальны процессы адронизации. Для этого изучается вероятность образования адронов в зависимости от:

  • типов взаимодействующих систем (pp, pA, AA, e–p, e–e+ и др.),
  • характеристик систем (энергии взаимодействия, центральности),
  • характеристик адрона (поперечный импульс, быстрота).

В прошлом большой вклад в изучение процессов адронизации внесли эксперименты на e–e+-коллайдерах, сейчас же акцент сместился в сторону экспериментов по столкновению протонов, проводимых на БАК, в основном, LHCb и ALICE.

В настоящее время для адронов, содержащих кварки различных ароматов, статус исследований несколько отличается, однако есть ряд фактов, которые следует отметить. Так, в секторе прелестных адронов, хорошо изучены отношения функций перехода для различных мезонов. Для мезонных функций фрагментации измерена универсальность относительно поперечного импульса и диапазона энергий взаимодействий, при которых рождаются мезоны. Сейчас акцент экспериментальных исследований сместился и в фокусе экспериментаторов находятся отношения барионных функций фрагментации к мезонным.  Появились теоретические работы, описывающие неуниверсальность отношения функций перехода типа барион-мезон в зависимости от поперечного импульса. Этот феномен подтверждается экспериментально. Так эксперимент LHCb показал, что вероятность образования прелестного адрона Λb0 растет с уменьшением его поперечного импульса, в то время как вероятность появления Bs0-мезона остается неизменной (см. рисунок 1).

В отличие от сектора прелестных барионов, сектор очарованных (барионы, в состав которых входит с-кварк) не располагает таким изобилием работ по измерению непосредственно величин и универсальности функций перехода. Однако есть теоретические предположения, утверждающие о возможном проявлении неуниверсальности в отношениях барион-мезон, на которые указывают измерения эксперимента ALICE. При этом величины отношений функций перехода для очарованных мезонов демонстрируют хорошее согласие с сектором прелестных мезонов. Практически все существующие публикации по теме изучения функций перехода барион-мезон касаются преимущественно D-мезонов и двух основных состояний очарованных барионов Λc+ и Ξc+, но не существует ни одной работы, в которой были бы оценены функции перехода для возбужденных состояний очарованных барионов. Последнее является крайне актуальной задачей в контексте изучения феномена фрагментации. Решением этой задачи занимается Лаборатория барионной физики ОФВЭ НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ. Одно из направлений работы – изучение возбужденных состояний Ξc барионов –выполняет Владимир Чуликов.

Владимир исследует рождение возбужденных состояний Ξc, используя данные эксперимента LHCb. Детектор LHCb (см. рисунок 2) представляет собой одноплечевой спектрометр, обладающий высокой идентификационной способностью и охватывающий диапазон псевдобыстрот от 2 до 5, что позволяет с высокой точностью измерить сечения рождения очарованных и прелестных частиц (а значит и соответствующие функции перехода) в различных кинематических диапазонах. Возможность провести измерения с высоким уровнем статистической значимости обеспечивается большим набором полученных данных в ходе первого сеанса работы БАК, проводившимся в 2011-2012 годах при энергии взаимодействующих протонов 7 и 8 ТэВ в системе центра масс.

Основным механизмом рождения пар очарованный кварк-антикварк является процесс слияния глюонов. Сечение рождения пар очарованный кварк-антикварк в кинематическую область, просматриваемую LHCb, при энергии в 7 ТэВ составляет 1.4 мб. Уже сейчас Владимиром получены предварительные результаты для отношений дифференциальных сечений семейства Ξc-барионов.  Предварительные данные согласуются с предположением об универсальности функций перехода для основных и возбужденных состояний Ξc в диапазоне быстрот и поперечных импульсов, доступных на LHCb. О своей работе Владимир рассказал на Семинаре ОФВЭ в феврале 2022 года. Она будет завершена в ближайшее время и начнутся процедуры внутреннего рецензирования работ коллаборации, предшествующая выходу научной статьи. Помимо обработки экспериментальных данных Владимир активно участвовал в модернизации Мюонного детектора LHCb и вводу его в эксплуатацию для следующего этапа работы БАК, включая подготовку инфраструктуры детектора для установки новых камер высокой гранулярности для внутренних регионов детектора, которые сейчас изготавливаются в НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ. В том числе благодаря и его усилиям эта часть детектора LHCb, ответственность за которую несет наш Институт, протестирована и полностью готова к экспериментальному сеансу 2022 года.