Физики ЦЕРНа изучают сильное взаимодействие между омега-гиперонами и протонами

Физики из коллаборации ALICE (эксперимент с большим ионным коллайдером) на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе разработали новую технику, которая открывает дверь для высокоточных исследований динамики сильного взаимодействия между нестабильными адронами.

Адроны — это составные частицы, состоящие из двух или трех кварков, связанных друг с другом сильным взаимодействием, которое осуществляется глюонами.

Это взаимодействие также действует между адронами, связывая нуклоны (протоны и нейтроны) вместе внутри атомных ядер.

Одна из самых больших проблем в ядерной физике сегодня — это понимание сильного взаимодействия между адронами с различным содержанием кварков, исходя из первых принципов, то есть начиная с сильного взаимодействия между кварками, составляющими адроны, и глюонами.

Расчеты, известные как решеточная квантовая хромодинамика (КХД), могут использоваться для определения взаимодействия из первых принципов, но эти расчеты обеспечивают надежные предсказания только для адронов, содержащих тяжелые кварки, такие как гипероны, которые имеют один или несколько странных кварков.

В прошлом эти взаимодействия изучались путем столкновения адронов друг с другом в экспериментах по рассеянию, но эти эксперименты трудно выполнить с нестабильными адронами, такими как гипероны.

Эта трудность до сих пор не позволяла провести содержательное сравнение измерений и теории адрон-адронных взаимодействий с участием гиперонов.

Физики из коллаборации ALICE показывают, как метод, основанный на измерении разности импульсов между адронами, образованными в протон-протонных столкновениях на БАК, может быть использован для выявления динамики сильного взаимодействия между гиперонами и нуклонами, потенциально для любой пары адронов.

Этот метод называется фемтоскопией, потому что он позволяет исследовать пространственные масштабы, близкие к 1 фемтометру (10^-15м, одна квадриллионная часть метра), примерно размер адрона и пространственный диапазон действия сильной силы.

Этот метод ранее позволил исследователям ALICE изучить взаимодействия с участием гиперонов Лямбда (Λ) и Сигма (Σ), которые содержат один странный кварк плюс два легких кварка, а также гиперон Xi (Ξ), который состоит из двух странных кварков плюс один легкий кварк.

В новом исследовании они использовали эту технику для обнаружения с высокой точностью взаимодействия между протоном и самым редким из гиперонов, гипероном Омега (Ω), который содержит три странных кварка.

«Точное определение сильного взаимодействия для всех типов гиперонов было неожиданным», — говорят ученые.

«Это можно объяснить тремя факторами: тем фактом, что БАК может производить адроны со странными кварками в изобилии, способностью техники фемтоскопии исследовать короткодействующий характер сильного взаимодействия и превосходными возможностями детектора ALICE идентифицировать частицы и измерять их импульсы».

Данные из следующих запусков БАК должны дать нам доступ к любой адронной паре.

Результаты опубликованы в журнале Nature.