|
Изменение ядерной геометрии кислорода и неона
|
|
|
|
Многие знают, что Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе сталкивает мельчайшие субатомные частицы со скоростью, близкой к скорости света, чтобы проверить фундаментальные законы физики и открыть новые фундаментальные частицы, но некоторые эксперименты также помогают ученым лучше визуализировать фактическую структуру атомов, с которыми мы уже знакомы, таких как кислород и неон.
|
|
|
|
Хотя в научных учебниках часто приводятся изображения этих и других атомов, как если бы их ядра имели четко определенные структуры, реальность гораздо сложнее. Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, раскрывает новые подробности о внутренней структуре кислорода и неона, полученные из потока частиц, образующихся в результате столкновений кислорода с кислородом и неона с неоном в БАК.
|
|
Поток частиц от столкновений атомных ядер
|
|
|
|
Вместо четко определенной структуры ядра атомов на самом деле имеют изменяющиеся, динамические формы, определяемые энергетическими состояниями и подчиняющиеся вероятности. При столкновении атомных ядер на очень высоких скоростях может образоваться чрезвычайно горячее, короткоживущее состояние материи, называемое кварк-глюонной плазмой (КГП). Частицы, вылетающие в виде КГП, обычно демонстрируют коллективный поток, который ведет себя как жидкость с координированным предпочтением определенных направлений. Этот поток может предоставить информацию об исходной геометрии столкновения.
|
|
|
|
Предыдущие высокоэнергетические столкновения использовались для исследования форм более тяжелых ядер, таких как уран. Аналогичные потокоподобные сигналы наблюдались также в столкновениях протонов с протонами и протонов с ядрами (пА). Но более легкие ядра, такие как кислород и неон, предлагают более надежную проверку этой геометрии, чем тяжелые ядра или столкновения на основе протонов.
|
|
|
|
|
|
|
Авторы нового исследования пишут: «В отличие от пикоакустических столкновений, где начальные условия определяются флуктуациями от события к событию, симметричные столкновения легких ионов обеспечивают лучший контроль над начальной геометрией столкновения, поскольку она определяется в основном пространственным распределением нуклонов, а не партонной структурой протона. Это делает симметричные столкновения легких ионов идеальными для исследования коллективного отклика в конечном состоянии в малых системах столкновений».
|
|
|
|
В предыдущих исследованиях ядерные расчеты предполагали тетраэдрическую внутреннюю структуру для кислорода-16 и более вытянутую, «кеглеобразную» структуру для неона-20. Исследователи утверждают, что, поскольку два иона имеют схожие массовые числа, у них также должна быть схожая гидродинамическая эволюция. Это означает, что различия в свойствах потока во время столкновений кислород-кислород и неон-неон, как ожидается, будут в основном отражать различия в начальной геометрии столкновения, предоставляя информацию об их ядерной структуре.
|
|
|
|
Группа исследователей проанализировала эти столкновения с помощью детектора CMS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН, где энергия столкновения составляла 5,36 ТэВ на пару нуклонов. Результаты измерений были сопоставлены с результатами моделирования гидродинамики, включающими современные расчеты ядерной структуры.
|
|
|
|
Результаты показали значительное эллиптическое и треугольное коллективное течение как в столкновениях кислород-кислород, так и неон-неон. Характер течения менялся в зависимости от центра столкновения ядер, что согласуется с реакцией жидкости на начальную форму столкновения. Группа исследователей утверждает, что в наиболее лобовых столкновениях неон демонстрировал более сильный эллиптический поток по сравнению с кислородом. Это возрастающее отношение эллиптического течения неона к кислороду качественно согласуется с тем, что неон-20 имеет менее сферическую внутреннюю структуру, чем кислород-16. Однако треугольное течение не соответствовало количественным предсказаниям. Отношение треугольного течения смещалось в противоположном направлении в сторону центральных столкновений.
|
|
|
|
Хотя результаты исследования показывают, что высокоэнергетические столкновения могут исследовать аспекты ядерной структуры на основе характеристик потока, они пока не дают точного измерения деформации неона. Для преобразования измерений потока в точную форму ядра требуется дальнейший специализированный анализ. Усовершенствованная теория флуктуаций от события к событию может в конечном итоге объяснить несоответствие треугольного потока.
|
|
|
|
Авторы исследования пишут: «Обе модели качественно отражают наблюдаемое увеличение в направлении центральных событий, что согласуется с ожиданиями, основанными на деформированной геометрии неона-20. Однако количественное определение деформации требует дальнейших специализированных исследований, поскольку соответствие данным не является равномерным в измеренном диапазоне центральности. Ни один из трех модельных расчетов не воспроизводит измеренные отношения v3 количественно, что подчеркивает необходимость улучшения учета флуктуаций начального состояния в малых системах столкновений».
|
|
|
|
Источник
|
