Atunci când se ciocnesc ioni de plumb sau de aur, pe lângă interacțiuni ale quarcurilor au loc și ciocniri de fotoni. Studiul acestor ciocniri de fotoni poate oferi informații utile despre fenomenele care au loc, existând speranțe că datele obținute ne-ar putea furniza indicii ale unei fizici dincolo de modelul standard al particulelor fundamentale.


Coliziuni de nuclee

În cadrul unor experimente efectuate la Marele accelerator de hadroni (LHC) de la CERN, Geneva, dar și la laboratorul american RHIC, se studiază procesele care au loc atunci când ioni ai elementelor chimice grele, precum aurul sau plumbul, sunt accelerați și se ciocnesc.

De fapt, ceea ce are loc este ciocnirea nucleelor acestor elemente chimice la energii mari, ciocnire în urma căreia parte din energie se transformă în masa unor noi particule. Va amintiți de E=mc2, formula lui Einstein, cea care spune că masa și energia sunt echivalente? Ei bine, este exact ceea ce se întâmplă în aceste procese și așa a fost descoperit de exemplu bosonul Higgs.


De ce se studiază aceste procese?
 
De ce studiem coliziunile nucleelor? Nucleele atomilor sunt alcătuite, de regulă, din protoni și neutroni; aceștia la rândul lor sunt alcătuiți din quarcuri care sunt ținuți împreună în interiorul protonilor și al neutronilor de particule-forță numite gluoni.

Atunci când nucleele se ciocnesc la energii foarte mari, ne așteptăm să se formeze așa-numită plasmă de quarcuri și gluoni – o formă a materiei în care quarcurile și gluonii nu mai sunt legați în protoni și neutroni, ci formează un fel de „supă” unde sunt amestecați împreună. Această formă a materiei este cea ce credem că a existat imediat după Big Bang, atunci când universul avea o temperatura foarte mare și deci și energii extrem de mari ale particulelor. Deci cercetătorii care lucrează în cadrul unor proiecte de cercetare de acest gen încearcă să studieze primele clipe de viață ale universului, pe lângă înțelegerea interacțiunii dintre quarcuri și gluoni, adică forța nucleară tare.


Interacțiuni foton-foton

Pe lângă interacțiunile quarcurilor și ale gluonilor, au loc însă și interacțiuni între fotoni. Nucleele atomice sunt surse de câmpuri electromagnetice și, cum bine știm, particula purtătoare a acestui câmp este fotonul.

Nucleele sunt înconjurate de un nor de fotoni și atunci când se ciocnesc au loc inclusiv ciocniri ale fotonilor, care produc miuoni. Ba chiar se poate întâmpla ca nucleele să nu se ciocnească deloc, câmpul electromagnetic al acestora însă da; deci pot exista ciocniri ale fotoni, nu și ale quarcurilor din nuclee.


Un studiu recent al ciocnirilor de fotoni

Un studiu recent publicat în revista Physical Review Letters arată că ciocnirile fotonilor sunt influențate de un fenomen cuantic, adică de interferența fotonilor. Acest fenomen de interferență are un efect asupra unghiului la care sunt emiși miuoni (miuonii sunt un fel de electroni, însă cu o masă de circa 200 de ori mai mare).

Cu cât distanța dintre nuclee este mai mică, cu atât mai mare este distorsiunea unghiului dintre miuoni.

Noul rezultat este important, întrucât oferă un nou instrument pentru studiul ciocnirilor de ioni și deci a fizicii acestui proces, studiu care va avea loc în următorii ani în cadrul unor proiecte de cercetare la CERN și la RHIC.


Dincolo de modelul standard

Cu ajutorul instrumentelor de mare precizie se urmărește descoperirea unei fizici dincolo de modelul standard. Acest lucru este motivat atât de dorința de a explica materia întunecată și energia întunecată, cât și gravitația (care nu este parte din modelul standard al particulelor elementare).

Sunt lucrări care prezic faptul că se pot crea noi particule din coliziunile dintre ioni, iar coliziunile dintre fotonii de mare densitate din jurul ionilor pot duce la crearea unei noi fizici. Dar pentru a identifica o nouă fizică trebuie înțeles foarte bine modelul standard. Efectele menționate mai sus rezultate în urma interacțiunii dintre fotoni nu au fost prevăzute anterior și tocmai de aceea sunt foarte importante.

Acest studiu al interacțiunii foton-foton poate să ofere un ajutor extrem de util în această căutare a unei noi fizici.


Sumarul original al articolului din PhysicalReviewLetters:

The first measurement of the dependence of γγμ+μ production on the multiplicity of neutrons emitted very close to the beam direction in ultraperipheral heavy ion collisions is reported. Data for lead-lead interactions at sNN=5.02TeV, with an integrated luminosity of approximately 1.5nb1, are collected using the CMS detector at the LHC. The azimuthal correlations between the two muons in the invariant mass region 8<mμμ<60GeV are extracted for events including 0, 1, or at least 2 neutrons detected in the forward pseudorapidity range |η|>8.3. The back-to-back correlation structure from leading-order photon-photon scattering is found to be significantly broader for events with a larger number of emitted neutrons from each nucleus, corresponding to interactions with a smaller impact parameter. This observation provides a data-driven demonstration that the average transverse momentum of photons emitted from relativistic heavy ions has an impact parameter dependence. These results provide new constraints on models of photon-induced interactions in ultraperipheral collisions. They also provide a baseline to search for possible final-state effects on lepton pairs caused by traversing a quark-gluon plasma produced in hadronic heavy ion collisions.

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Ar fi util dacă ne-ai sprijini cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro