Столкновения кислород—кислород и неон—неон рассказали ученым больше о кварк-глюонной плазме и подтвердили несимметричную форму ядра неона. Столкновение атомных ядер позволяет физикам изучать кварк-глюонную плазму (КГП) — особое состояние материи. Оно воспроизводит условия, в которых Вселенная находилась в первые микросекунды существования. Это время до образования атомов. Тогда пространство было заполнено плотной горячей плазмой из свободных частиц.
До сих пор изучение КГП на Большом адронном коллайдере (БАК) проводилось путем столкновениях тяжелых ионов (ксенона или свинца), которые позволяют создать каплю плазмы максимально возможного размера. Этим летом в БАКе впервые в истории провели столкновения легких ядер, кислорода и неона. Для этого ученым пришлось сменить конфигурацию обычно заполненного пучками протонов 27-километрового ускорителя частиц.
Первые результаты анализа новых данных, записанных за шесть дней экспериментами ALICE, ATLAS, CMS и LHCb, были представлены на конференции Initial Stages.
В проведенных летом экспериментах ученые сосредоточились на измерениях тонких закономерностей в углах и направлениях разлета частиц, возникающих при расширении и охлаждении капли КГП. Эти параметры и их изменения регулируют искажения в зоне столкновения ядер.
Паттерны поведения частиц похожи на «течения», ученые описывают их с помощью той же гидродинамики, которая используется для моделирования обычных жидкостей. На основе этого раздела физики они могут изучать как свойства КГП, так и геометрию сталкивающихся ядер. Физические и математические модели при этом позволяют исследователям провести более точное исследование течений в столкновениях кислород—кислород и неон—неон, чем в столкновениях протон—протон и протон—свинец.
Коллаборация ALICE, а также универсальные эксперименты ATLAS и CMS измерили значительное эллиптическое и треугольное течение в столкновениях кислород—кислород и неон—неон. Ученые обнаружили, что оно сильно зависит от того, было столкновение ядер скользящим или лобовым. Уровень соответствия теоретических расчетов с экспериментальными данными сравним с результатами, полученными для столкновений ионов ксенона и свинца, несмотря на гораздо меньший размер системы.
Столкновения легких ионов открыли новый этап в изучении КГП. Ядра неона и кислорода не только меньше, чем ядра свинца или ксенона, но и обладают менее правильной формой. Их использование позволяет ученым получить важные данные о минимальном размере ядра, необходимого для создания КГП.
Ученые уделили время изучению формы ядра неона. Согласно теоретическим расчетам, оно должно было иметь вытянутую форму, напоминающую кеглю для боулинга. Новые эксперименты на БАКе уточнили эту картину.
Коллаборация LHCb представила дополнительные результаты, подтверждающие форму кегли для ядра неона. Данные получены на столкновениях свинец—аргон и свинец—неон в конфигурации ускорителя с фиксированной мишенью с использованием данных, записанных в 2024 году на аппарате SMOG.
«В совокупности эти результаты дают свежий взгляд на структуру ядра и на то, как материя появилась после Большого взрыва», — говорит директор CERN по исследованиям и вычислительной технике Йоахим Мних (Joachim Mnich).