Το πείραμα ALICE στο CERN έδωσε στους φυσικούς μια πολύ πιο λεπτομερή εικόνα για το πώς κατανέμονται τα gluons μέσα στους ατομικούς πυρήνες. Σε κλίμακες περίπου ενός τετάρτου του πρωτονίου, η παραγωγή σωματιδίων J/ψ εμφανίζεται σημαντικά μειωμένη — ένα εύρημα που ταιριάζει με την υπόθεση του κορεσμού των gluons, αλλά χρειάζεται περαιτέρω επιβεβαίωση.
Από τι αποτελείται η νέα μέτρηση
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, χρησιμοποίησε δεδομένα του Run 2 του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Οι ερευνητές εξέτασαν «ανελαστική» φωτοπυρηνική παραγωγή J/ψ: όταν πυρήνες μολύβδου περνούν πολύ κοντά χωρίς να συγκρουστούν άμεσα, τα έντονα ηλεκτρομαγνητικά τους πεδία λειτουργούν σαν δέσμες φωτονίων. Ένα φωτόνιο μπορεί τότε να αλληλεπιδράσει με έναν άλλο πυρήνα και να παράγει J/ψ.
Σε αντίθεση με μετρήσεις που εξομαλύνουν τη συμπεριφορά σε ολόκληρο τον πυρήνα, αυτή η τεχνική είναι ευαίσθητη σε τοπικές μεταβολές της πυκνότητας των gluons. Η ομάδα συνέδεσε την ενέργεια της αλληλεπίδρασης με τη μεταφορά ορμής, η οποία καθορίζει και την κλίμακα στην οποία «εστιάζει» η μέτρηση.
Ένα μικροσκόπιο με τρία επίπεδα εστίασης
Η ALICE εξέτασε χωρικές κλίμακες 0,6, 0,3 και 0,2 φεμτόμετρου. Η μικρότερη αντιστοιχεί περίπου στο ένα τέταρτο της διαμέτρου ενός πρωτονίου. Τα δεδομένα κάλυψαν ενέργειες φωτονίου–πυρήνα από 20 έως 633 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ, επιτρέποντας στους ερευνητές να δουν αν το σήμα αλλάζει καθώς εξετάζουν όλο και μικρότερες περιοχές.
Η επιλογή του J/ψ έχει σημασία επειδή η παραγωγή του λειτουργεί ως ανιχνευτής της εσωτερικής δομής του πυρήνα. Τα gluons είναι οι φορείς της ισχυρής δύναμης, αυτής που «δένει» τα quarks μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Η ενέργεια αυτής της δύναμης συνεισφέρει μεγάλο μέρος της μάζας της συνηθισμένης ύλης.
Η ένδειξη για κορεσμό των gluons
Στη μικρότερη χωρική κλίμακα, ο ρυθμός παραγωγής J/ψ ήταν σημαντικά κατασταλμένος, με στατιστική σημαντικότητα περίπου τριών τυπικών αποκλίσεων. Αυτό σημαίνει ότι το αποτέλεσμα είναι ενδιαφέρον, αλλά δεν ισοδυναμεί από μόνο του με οριστική ανακάλυψη.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ο κορεσμός των gluons. Σε πολύ υψηλές πυκνότητες, τα gluons δεν συμπεριφέρονται σαν ανεξάρτητοι φορείς: αλληλεπιδρούν έντονα μεταξύ τους και η αύξηση του αριθμού τους περιορίζεται σε μια δεδομένη περιοχή. Η εικόνα συνδέεται με την κβαντική χρωμοδυναμική, τη θεωρία της ισχυρής δύναμης, και με μοντέλα που περιγράφουν τοπικές «θερμές κηλίδες» μεγάλης πυκνότητας.
Γιατί δεν τελείωσε η συζήτηση
Η κλασική ερμηνεία του nuclear shadowing — η μερική επικάλυψη των gluons μέσα στον πυρήνα, που μειώνει την πιθανότητα ορισμένων διεργασιών — εξηγεί αρκετές παλαιότερες μετρήσεις. Το νέο μοτίβο, όμως, δείχνει ότι ίσως δεν αρκεί για να περιγράψει την καταστολή στις μικρότερες κλίμακες.
Η ανάλυση είναι συνεπής με τον κορεσμό, όχι απόδειξη ότι αυτός είναι η μοναδική εξήγηση. Νέες μετρήσεις και ανεξάρτητες θεωρητικές συγκρίσεις θα χρειαστούν για να ξεχωρίσει ο κορεσμός από άλλες επιδράσεις της πυρηνικής δομής. Αν η ένδειξη επιβεβαιωθεί, η ALICE θα έχει προσφέρει έναν νέο τρόπο να μελετάμε τη συλλογική συμπεριφορά των gluons — και το πώς αυτή διαμορφώνει την ύλη σε απόσταση μικρότερη από ένα πρωτόνιο.
Πηγή: ScienceDaily