Коллаборации CMS и ALICE, проводящие эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАКе), опубликовали первые статьи, посвященные протон-ядерным столкновениям. Небольшая испытательная программа столкновений протонов с ядрами свинца, напомним, была реализована на БАКе в сентябре этого года. Завершилась она успешно, и уже в начале 2013 года должна стартовать полноценная серия таких экспериментов. Ее результаты помогут интерпретировать данные по симметричным столкновениям ионов свинца, которые выполняются на БАКе с 2010 года.
Хотя статистика, набранная в сентябре, совсем невелика, кое-какие полезные наблюдения сделать все же удалось. Сотрудники коллаборации ALICE, в частности, оценили количество заряженных частиц, рождающихся при столкновении, и их распределение по псевдобыстроте η — величине, показывающей, насколько сильно траектория движения частицы отходит от оси пучка. Завершив эту работу, физики откалибровали теоретические модели, предсказания которых ранее плохо согласовались друг с другом.
Кроме того, ученые из ALICE построили распределение рожденных частиц по поперечному импульсу (компоненте импульса, лежащей в плоскости, которую ось пучка пересекает под прямым углом). Полученные графики подтвердили, что эффект резкого уменьшения количества образующихся адронов с большими поперечными импульсами, отмеченный при переходе от столкновений протонов к столкновениям ионов свинца, свидетельствует о появлении кварк-глюонной плазмы.
Отчет коллаборации CMS непрофессионалу, вероятно, покажется более интересным, чем узкоспецифические статьи ALICE, так как в нем рассматривается явление, пока не имеющее четкого теоретического объяснения. Речь идет о необычных двухчастичных корреляциях, которые CMS обнаружила в протон-протонных столкновениях двумя годами ранее.
Корреляции, напомним, были выявлены при наблюдении за тем, как движутся продукты столкновений. Чтобы увидеть слабый корреляционный эффект, экспериментаторам пришлось отбирать события, в которых рождалось особенно много заряженных частиц, вычислять разности между псевдобыстротами и азимутальными углами φ (то есть определять величины, характеризующие расхождения траекторий в продольной и поперечной плоскостях) для всевозможных пар частиц и находить значения функции R(Δη, Δφ) = <(N – 1)•(SN / ВN – 1)>N. Буквой N здесь обозначено количество треков частиц, реконструированных для того или иного события, а SN и ВN отвечают за "сигнальное" и фоновое распределения. Первое из них было составлено путем перебора пар частиц, относящихся к одному событию, а второе — путем искусственного объединения в пары частиц из разных событий.
На построенном графике R(Δη, Δφ) выделялся не только ожидаемый пик в области Δη = Δφ = 0, но и протяженный "хребет" на Δφ ≈ 0. Такая корреляция по азимутальному углу, сохраняющаяся в довольно широком диапазоне Δη, удивила теоретиков, до сих пор продолжающих спорить о причинах появления "хребта". Его возникновение пытаются объяснить модели как минимум трех разных классов.
Поскольку аналогичный "хребет" уже регистрировался в ядро-ядерных столкновениях, где его образование, в отличие от протон-протонного случая, получает логичное и признанное всеми объяснение, физики ожидали увидеть корреляции по азимутальному углу и в протон-ядерных столкновениях. Предположения блестяще подтвердились: хотя на графике корреляционной функции, приведенном в новом отчете CMS, "хребет" заметить гораздо проще, в целом этот график повторяет рисунок двухгодичной давности.
В 2013 году, как уже говорилось, объем данных по протон-ядерным столкновениям, собранных на БАКе, многократно увеличится. Можно ожидать, что корреляционный эффект будет охарактеризован с большей точностью, а это, в свою очередь, позволит выбрать подходящее его теоретическое объяснение.
