LHCb изучает эффекты адронной дифракции

Рис. 1. Некоторые процессы адронной дифракции: (a) упругое рассеяние протонов за счет обмена помероном, (b) рождение мезона в столкновение двух померонов друг с другом, (c) рождение J/ψ-мезона в столкновении фотона с помероном

Рис. 1. Некоторые процессы адронной дифракции: (a) упругое рассеяние протонов за счет обмена помероном, (b) рождение мезона в столкновение двух померонов друг с другом, (c) рождение J/ψ-мезона в столкновении фотона с помероном

В подавляющем большинстве случаев сталкивающиеся на LHC протоны разрушаются и порождают десятки и сотни адронов, из которых физикам требуется вылавливать интересующие их частицы. Однако иногда эти столкновения выглядят на редкость чисто. Центральные детекторы регистрируют лишь одну-две частицы, а сами протоны в столкновениях выживают и просто улетают в трубу, лишь чуть-чуть отклонившись от своей первоначальной траектории. Взаимодействие протонов в этом случае по-прежнему может быть сильным, но только проявляется это сильное взаимодействие в особом режиме — в виде адронной дифракции. Подробнее про этот процесс можно прочитать в сообщении Дифракция в физике элементарных частиц.

Если говорить в терминах отдельных частиц, то во время адронной дифракции протон испускает померон — особый динамический объект, состоящий из нескольких глюонов. Померон может сталкиваться либо со встречным протоном, либо с испущенной им частицей — вторым помероном или фотоном (рис. 1). В столкновении могут рождаться одиночные частицы — мезоны или даже хиггсовский бозон, — и детектор тогда увидит результат их распада, не «забитый» никакими помехами от посторонних адронов. Сечение рождения этих частиц, их поляризация и зависимость от энергии позволяют узнать такие особенности сильного взаимодействия, которые трудно заметить в обычных столкновениях.

Многостороннее исследование адронной дифракции — одна из научных задач Большого адронного коллайдера, пусть и не такая животрепещущая, как поиск Новой физики. Эти процессы изучаются на специализированном детекторе TOTEM, а также на больших детекторах коллайдера; там, в частности, ведется поиск центрального эксклюзивного рождения бозона Хиггса. Эти процессы также изучаются и в столкновении тяжелых ядер.

Недавно коллаборация LHCb опубликовала результаты исследования одного очень популярного в этой области процесса — дифракционного рождения J/ψ-мезона (именно он и показан на рис. 1c). Этот процесс изучался и раньше; очень много данных по нему было получено в 90-е годы на электрон-протонном коллайдере HERA в Германии. Однако энергия фотон-протонных столкновений на том коллайдере была невелика, порядка 200 ГэВ. Данные тогда показывали плавный степенной рост сечения с энергией. Этот рост отражает тот факт, что с повышением энергии в протоне всё больше и больше увеличивается количество партонов. Физикам было интересно, насколько далеко продолжится степенной рост, ведь согласно общим законам микромира он не может продолжаться бесконечно.

Рис. 2. Сечение рождения J/ψ-мезона в дифракционном столкновении в зависимости от энергии

Рис. 2. Сечение рождения J/ψ-мезона в дифракционном столкновении в зависимости от энергии. Изображение с сайта cerncourier.com

На LHC этот процесс можно изучить при энергиях больше 1 ТэВ. В новой публикации LHCb приводятся данные по этой зависимости (она показана на рис. 2), а также по другим характеристикам процесса адронной дифракции. Результаты показывают, что степенной рост продолжается практически без изменений. Это означает, что плотность партонов внутри протона продолжает исправно увеличиваться даже при таких энергиях. Никакого особого эффекта слияния партонов, — так называемого насыщения партонной плотности — не видно. Подробности об этом явлении можно найти в нашей новости Какую форму имеет быстролетящий протон?

В ближайшие годы благодаря повышению энергии Большого адронного коллайдера физикам удастся промерять этот процесс вплоть до энергий в несколько ТэВ. Интересно будет узнать, начнутся ли при таких энергиях эффекты рекомбинации партонов внутри протона.


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • prometey21  | 15.03.2014 | 21:31 Ответить
    Что имеется ввиду под поляризацией протонов? Ориентация магнитного момента или что-то другое?
    Ответить
    • Игорь Иванов > prometey21 | 16.03.2014 | 03:09 Ответить
      Ориентация спина, как и для фотонов и для других частиц. В случае протонов она совпадает с ориентацией магнитного момента.
      Ответить
      • prometey21 > Игорь Иванов | 18.03.2014 | 14:36 Ответить
        Ориентация спина дает какую-то особенность при сшибании кварков внутри протонов? Я не читал английский текст по ссылке, т.к. не очень силен в английском. Что дает, если объяснять на пальцах, поляризация протонов? Насколько я знаю, есть сложности в интерпретации устройства протона на уровне партонов (parton distribution functions -PDF)?
        Ответить
        • Игорь Иванов > prometey21 | 19.03.2014 | 01:27 Ответить
          Грубо говоря, в поляризованном протоне кварков «таких» больше, чем «сяких»; в противоположно поляризованном протоне — наоборот. Это значит, что можно измерять не просто сечение, а разности сечений с одной и другой поляризацией. В неполяризованном же — «таких» и «сяких» поровну. («Такие» и «сякие» — это разные поляризации кварков в протоне, причем не толко продольно, но и поперечно поляризованные).

          С другой стороны, некоторые модели Новой физики предсказывают, что те или иные процессы зависят от поляризации кварков. Так что в неполяризованных столкновениях вы видите только нечто усредненное, а в поляризованных вы можете с помощью разности сечений разделять разные тонкие эффекты.
          Ответить
          • Serg_Y > Игорь Иванов | 26.03.2014 | 12:18 Ответить
            Игорь, я правильно понимаю, что на LCH поляризация мониторится, или это теоретическое предположение.
            Ответить
            • Игорь Иванов > Serg_Y | 31.03.2014 | 13:36 Ответить
              Она мониторится по физическим результатам, а не по железу. Существуют процессы (обычные, без новой физики), которые очень чувствительны к поляризации протонов. Эти процессы отлично видны из-за своего большого сечения. Сравнение результатов по этим процессам с рпедсказаниями позволяет проверить отсутствие заметной поляризации.
              Ответить
              • Serg_Y > Игорь Иванов | 31.03.2014 | 16:31 Ответить
                КРУТО, СПАСИБО!!!
                Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005–2024 «Элементы»