При помощи релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) физики-ядерщики смогли составить высокоточную карту элементарных частиц в ядре атома. Во время эксперимента ученые также обнаружили новый тип квантовой запутанности, при котором происходит взаимодействие частиц с противоположным зарядом. Эти открытия помогут уточнить теоретические предсказания о строении материи. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) — это ускоритель частиц в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Он создан для изучения столкновений между тяжелыми ионами на релятивистских (то есть сравнимых со скоростью света) скоростях. Специалисты планировали исследовать при помощи коллайдера форму материи, существовавшую при образовании Вселенной. Однако международная группа ученых решила использовать коллайдер, чтобы проанализировать взаимодействие фотонов и глюонов.
Известно, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их также можно разложить на более мелкие элементарные частицы — кварки, связанные между собой глюонами. Взаимодействуя с фотонами, глюоны создают промежуточную частицу «ро», которая моментально распадается на два заряженных пи-мезона (π+ и π-). Скорость и угол, под которым эти частицы попадают в детектор, позволяют очень точно отобразить расположение глюонов в ядре. Результаты картографируются в масштабе фемтометров (10-15 метров).
Раньше специалисты не имели возможности провести подобное исследование, поэтому использовали в расчетах средний показатель плотности глюонов — функцию расстояния от центра ядра. Из-за этого размеры ядра и измерения распределения зарядов плохо соответствовали предсказаниям на основе теоретических моделей. Новая двухмерная съемка показала, что импульс и энергия самих фотонов сливаются с импульсом и энергией глюонов, создавая искажение при расчетах.
Исследователи смогли получить изображение, на котором можно точно различить плотность глюонов. И эти данные больше соответствуют теоретическим предсказаниям. Двухмерная съемка стала возможна только потому, что частицы π+ и π-, хотя и имеют разный заряд, являются запутанными. Это первое в истории экспериментальное наблюдение запутывания между разнородными частицами. Если бы две частицы не были запутанными, исследователи не смогли бы определить направление поляризации фотонов и провести измерения: не хватило бы энергии взаимодействия, чтобы детектор STAR мог засечь данные.
В будущем группа ученых планирует более детально исследовать распределение глюонов внутри атомных ядер.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
