Детектор ALICE на Большом адронном коллайдере провел первое прямое наблюдение эффекта мертвого конуса. Об открытии, которое поможет измерить массу очарованного кварка (c-кварка), ученые сообщают в журнале Nature.
Физики, работающие на детекторе ALICE, использовали данные протон-протонных столкновений на БАК за три года и сложные методы анализа данных, чтобы обнаружить эффект мертвого конуса.
Исследователи объясняют, что столкновение элементарных частиц в коллайдерах вызывает высокоэнергетическое взаимодействие, которое приводит к формированию партонов (кварков и глюонов). Эти частицы подвергаются последующим преобразованиям, испуская излучение в виде дополнительных глюонов. В таком каскадном процессе энергия исходных частиц передается множеству частиц с более низкой энергией.
Диаграмма такого излучения зависит от массы излучающего глюоны партона. Область вокруг направления полета партона, в которой излучение подавлено называется мертвым конусом.
Физики отмечают, что эффект мертвого конуса был предсказан теорией сильного взаимодействия около тридцати лет назад, однако до сих пор ученым удавалось только косвенно фиксировать его наличие. Главная проблема заключалась в сложности в определении направления движения партона, а также в том, что область мертвого конуса может быть заполнена частицами, в которые превратился излучающий партон.
В своей работе исследователи восстанавливали поток партонов по его конечному продукту — адронной струе, которую фиксируют детекторы. В процессе анализа большой выборки наблюдений за протон-протонными столкновениями физики обнаружили струю, содержащую c-кварк (очарованный кварк). Им удалось проследить всю историю испускания глюонов этим кварком. Сравнение картины излучения глюонов очарованного кварка с распределением глюонов и безмассовых кварков выявило мертвый конус в структуре c-кварка.
Исследователи отмечают, что помимо подтверждения теории сильного взаимодействия и существования эффекта мертвого конуса, открытие также доказывает наличие массы у очарованного кварка. Безмассовые частицы не имеют мертвых конусов, а значит, изучая этот эффект, можно оценить массу кварков.
Массы кварков являются фундаментальными величинами в физике элементарных частиц, но к ним нельзя получить доступ и измерить их непосредственно в экспериментах, потому что, за исключением топ-кварка, кварки заключены внутри составных частиц. Наша методика прямого наблюдения мертвого конуса потока партонов предлагает способ измерения массы кварков.
Андреа Дайнезе, физик, работающий на ALICE, соавтор исследования
Изображение обложки: CERN
Сравните, как сняли затмение Луны НАСА и Роскосмос
«Пятая сила» создает во Вселенной невидимые «стены». Главное о новой теории физиков