Pristupačnost
ALICE kolaboracija, u kojoj sudjeluju prof.dr.sc. Mirko Planinić, izv. prof.dr.sc. Nikola Poljak, dr.sc. Filip Erhardt, Marko Jerčić, mag.phy. i David Karatović, mag.phy. s Fizičkog odsjeka PMF-a u Zagrebu, objavila je 9.12.2020. rad u prestižnom časopisu Nature, u kojem se pokazuje kako sudari protona na Velikom hadronskom sudarivaču (LHC-u) mogu razjasniti snažnu interakciju između kompozitnih čestica zvanih hadroni.
Tekst rada: https://www.nature.com/articles/s41586-020-3001-6
U radu se opisuje tehnika koja otvara vrata preciznim istraživanjima dinamike jake sile među hadronima na LHC-u. Hadroni su kompozitne čestice izrađene od dva ili tri kvarka, međusobno povezanih jakom interakcijom, s gluonima kao medijatorima. Ova interakcija također djeluje između hadrona, vežući nukleone (protone i neutrone) zajedno unutar atomskih jezgri. Jedan od najvećih izazova u nuklearnoj fizici danas je razumijevanje jake interakcije između hadrona s različitim sadržajem kvarkova polazeći od jake interakcije između konstituenata tj. kvarkova i gluona. Teorijski računi poznati kao kvantna kromodinamika (QCD) na rešetki mogu se koristiti za određivanje interakcije počevši od jake interakcije između konstituenata, ali ti izračuni pružaju pouzdana predviđanja samo za hadrone koji sadrže teške kvarkove, poput hiperona, s jednim ili više stranih kvarkova. U prošlosti su te interakcije proučavane u međusobnim sudarima hadrona u eksperimentima raspršenja, no te je eksperimente teško izvoditi s nestabilnim hadronima poput hiperona pa je izostajala usporedba mjerenja i teorije.
U ovom radu ALICE kolaboracije pokazuje se kako se tehnika koja se temelji na mjerenju razlika količine gibanja između hadrona nastalih u sudaru protona na LHC-u može koristiti za otkrivanje dinamike jake interakcije između hiperona i nukleona, te potencijalno za bilo koji par hadrona. Tehnika se naziva femtoskopija, jer omogućuje istraživanje udaljenosti blizu 1 femtometra (10-15 metara) - približno veličine hadrona i dosega djelovanja jake sile. Ova je metoda u prijašnjim mjerenjima dozvoljavala ALICE kolaboraciji proučavanje interakcija koje uključuju Lambda (Λ) i Sigma (Σ) hiperone, koji sadrže jedan strani kvark i dva lagana kvarka, kao i Xi (Ξ) hiperona, koji se sastoji od dva strana kvarka i jednog laganog kvarka. U ovom radu tom tehnikom je precizno mjerena interakcija između protona i najrjeđeg hiperona, Omege (Ω), koji sadrži tri strana kvarka. Precizno mjerenje jake interakcije za sve vrste hiperona bilo je neočekivano. To se može objasniti s tri činjenice koje su se poklopile. Prva je da LHC može proizvesti mnogo hadrona sa stranim kvarkovima, druga je sposobnost femtoskopske tehnike za istraživanje jake interakcije kratkog dosega i treća je izvrsna mogućnost ALICE detektora za identifikaciju čestica i mjerenja njihovih količina gibanja.
a) Sudar dva protona generira izvor čestica S (r*) iz kojeg se par hadron-hadron s količinama gibanja p1 i p2 pojavljuje na relativnoj udaljenosti r* i može biti podvrgnut interakciji u konačnom stanju prije no što je detektiran. Posljedično, relativni impuls hadrona k* se smanjuje ili povećava privlačnom, odnosno odbojnom interakcijom. b) Primjer privlačnog (zeleno) i odbojnog (točkasto crveno) potencijala interakcije, V (r*) između dva hadrona u ovisnosti o njihovoj relativnoj udaljenosti. Korištenjem nerelativističke Schrödingeroea jednadžbe dobivaju se odgovarajuće valne funkcije dvije čestice, ψ (k*, r*). c) Veza izračunate (drugi član) i izmjerene (treći član) korelacijske funkcije dana je s C (k*), pri čemu Nsame (k*) i Nmixed (k*) predstavljaju k* raspodjele hadron-hadron parova proizvedenih u istom i u različitim sudarima, a ξ (k*) označava korekcije zbog eksperimentalnih efekata. d) Graf korelacijske funkcije C (k*). Vrijednost korelacijske funkcije proporcionalna je jačini interakcije. Vrijednost je veća od jedan za privlačni (zeleni) potencijal, a između nule i jedan za odbojni (točkasto crveni) potencijal.
