Иллюстрация сильного взаимодействия в системе протон-дейтрон, полученного в столкновениях протонов на LHC. https://zenodo.org/records/13732468 . Кредит: ALICE/CERN
В статье, недавно опубликованной в Physical Review X, коллаборация ALICE представила свои исследования корреляций в системах каон–дейтрон и протон–дейтрон, открыв дверь к точным исследованиям сил в трехчастичных ядерных системах.
Фундаментальная сила обычно описывается как взаимодействие между двумя объектами. Распространение этого на более сложные системы не всегда тривиально. Описание сильно взаимодействующих трехадронных систем является ключом к пониманию многих явлений в современной ядерной физике, таких как структура ядер, свойства высокоплотной ядерной материи и состав ядер нейтронных звезд.
Протон-протонные столкновения на LHC производят большое количество частиц, которые испускаются очень близко друг к другу, на расстоянии около 10-15 м (фемтометр). Интересно исследовать, влияют ли они друг на друга каким-либо образом, прежде чем разлетаются во всех направлениях.
Если две частицы рождаются близко друг к другу и с похожими импульсами и направлением, пара может быть подвержена квантовой статистике, кулоновской силе и сильному взаимодействию. Если одна из пары является дейтроном, то система с дейтроном и другим адроном, например протоном или каоном, фактически является трехчастичной системой. Таким образом, ожидается, что измерение корреляций между дейтронами и каонами или протонами выявит взаимодействия трехчастичных систем.
Сотрудничество ALICE использует свои превосходные возможности идентификации частиц для изучения этих корреляций в столкновениях протонов с высокой множественностью при энергии центра масс 13 ТэВ. Результатом является корреляционная функция, которая измеряет, как вероятность обнаружения двух частиц с определенными относительными импульсами отличается от того, что можно было бы ожидать, если бы их импульсы были полностью независимыми или некоррелированными.
При отсутствии корреляции значение функции равно единице. Значение выше единицы указывает на притягивающее взаимодействие, тогда как значение ниже единицы указывает на отталкивающее взаимодействие.
Корреляционные функции для систем каон–дейтрон и протон–дейтрон ниже единицы для низких относительных поперечных импульсов, что указывает на общее отталкивающее взаимодействие. Анализ корреляции каон–дейтрон показывает, что относительные расстояния, на которых производятся дейтроны и протоны или каоны, довольно малы, около 2 фм.
Корреляции каона и дейтрона хорошо описываются эффективной двухтельной моделью, которая включает как кулоновское взаимодействие, так и сильное взаимодействие между каоном и дейтроном. Напротив, тот же эффективный двухтельный подход не описывает протон-дейтронные корреляции, что требует полного трехтельного расчета, учитывающего структуру дейтрона.
Превосходное описание данных достигается с помощью теоретических расчетов, учитывающих как двух-, так и трехтельные сильные взаимодействия. Это демонстрирует чувствительность корреляционной функции к динамике трехнуклонной системы на коротких расстояниях.
Измерения корреляции на коротких расстояниях представляют собой инновационный метод изучения трехтельных систем на LHC с потенциалом распространения таких исследований на другие адроны. Предполагается применить аналогичный подход к данным из LHC Runs 3 и 4 для исследования трехбарионных систем в странном и очарованном секторах, которые в противном случае экспериментально недоступны.
Дополнительная информация: S. Acharya et al, Exploring the Strong Interaction of Three-Body Systems at the LHC, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031051
Информация о журнале: Physical Review X
Предоставлено ЦЕРН
