Поиск - новости науки и техники

Струи или струны? Физики-теоретики разошлись в оценках поведения частиц.

Первый в этом году объединенный семинар коллаборации RDMS CMS “Физика на Большом адронном коллайдере” (руководитель – Игорь Голутвин) проходил в форме круглого стола и был посвящен событиям, ради которых, собственно, и строятся современные ускорители, – новым экспериментальным наблюдениям и неожиданным физическим результатам. О них “Поиск” сообщал в конце прошлого года. Речь на семинаре шла об обнаружении коллективных эффектов в протон-протонных (pp) и ядро-ядерных (PbPb) столкновениях в ходе недавних экспериментов на Большом адронном коллайдере (LHC). Ведущие российские физики из ОИЯИ, ФИАН им. П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН, ИФВЭ, НИИЯФ МГУ, ПИЯФ представили свои точки зрения на наблюдаемые на LHC эффекты угловых корреляций (так называемый “ридж-эффект”) и асимметрии выхода струй частиц. Благодаря режиму видеоконференции аудитория Учебно-научного центра ОИЯИ была связана с этими институтами, а также с ИЯФ им. Г.И.Будкера в Новосибирске, с ЦЕРН, с рядом учебно-образовательных центров Барнаула, Новосибирска, Омска, Томска, Ярославля.
Мы попросили сотрудника ФИАН, профессора Игоря Дремина (на снимке) рассказать о состоявшейся дискуссии, но прежде напомнить о том, что необычного было обнаружено в ЦЕРН в ходе изучения протон-протонных и ядро-ядерных (свинцовых) соударений.
– Первым озадачил физиков так называемый “ридж-эффект”, или “хребет”, характеризующий корреляцию частиц, разлетающихся под большими полярными углами друг к другу, но лежащих практически на одной прямой в поперечной плоскости, – отметил И.Дремин. – Вопреки прежним представлениям столь необычные корреляции удалось обнаружить осенью прошлого года в ходе экспериментов ЦЕРН в pp-взаимодействиях при высокой множественности частиц в событии (более 100) и характерных значениях поперечных импульсов частиц от 1 до 3 ГэВ/c. До этого “ридж-эффект” приписывали исключительно кварк-глюонной плазме, которая образовывалась при взаимодействиях ядер золота на ускорителе RHIC (Релятивистский коллайдер тяжелых ионов) в Брукхейвенской национальной лаборатории (США).
– Как же интерпретировалось в ходе семинара неожиданное явление?
– Звучали разные мнения. Например, такое: кварк-глюонная плазма на самом деле не плазма, а жидкость. При попадании в нее струй частиц образуется характерный “бульк”, направленный в одну сторону. Еще одна модель проводит аналогию с точением ножей, когда все искры летят в одном направлении. Есть и другие модели, но ни одна пока не доведена до такого уровня, чтобы можно было однозначно объяснить эксперимент. В целом интерпретации разбились на две группы: одни ученые объясняют “ридж-эффект” наличием струй (групп частиц, дающих всплески, выбросы), другие – струн (связей, возникающих при столкновении двух протонов).
Что касается меня и моих коллег, то мы скорее разделяем последнее мнение. Мы исходим из теоретической вероятности процессов – она определяется как квадрат матричного элемента, проинтегрированный с учетом законов сохранения. В матричных элементах всегда присутствуют так называемые “пропагаторы” (частицы, с помощью которых идет энергообмен). За счет этого рождающимся частицам свойственно стремление приблизиться друг к другу по азимутальному углу. Я думаю, что, прежде чем строить какие-то модели, рисовать выбросы, взрывы, нужно более детально изучить матричные элементы процессов. В частности, мы показали, что учитывающая их струнная часть модели PYTHIA содержит эффект “хребта” вопреки утверждениям о его отсутствии.
– В физике высоких энергий теоретикам часто приходится искать объяснение необычным явлениям, обнаруженным в ходе экспериментов?
– Это случается довольно часто. Кстати, когда “хребет” был обнаружен в столкновениях ядер золота, он тоже вызвал удивление и тоже пока не имеет однозначного объяснения. В Брукхейвене решили, что причиной всему – кварк-глюонная плазма. Но еще до образования плазмы есть этап эволюции взаимодействий с образованием струн. Слова произнесены магические, но что за ними – по сути все же никто не знает. В соударениях протонов также рождается кварк-глюонная среда с большой плотностью и внутренней структурой, наиболее ярко проявляющейся в событиях, где рождается много частиц.
– Второе явление, которое обсуждалось в ходе круглого стола, носит такой же загадочный характер?
– Во второй части круглого стола обсуждалась асимметрия образования струй частиц в столкновениях на LHC ядер свинца. При столкновении двух тяжелых ядер образуется сгусток сильновзаимодействующей материи. Проходя через такую среду, кварки или глюоны взаимодействуют с ней и теряют часть своей энергии. Это явление получило название подавления (или гашения) струй. Оно может возникать за счет столкновения с частицами среды, излучения или коллективного возбуждения самой среды. В результате таких процессов первоначальная энергия кварка или глюона существенно уменьшится, как и энергия порождаемых ими адронных струй.
В отличие от первого явления этот эффект не стал для ученых сенсацией. Подобное уже было зафиксировано при соударениях ядер золота на ускорителе RHIC. В ЦЕРН аналогичная картина была получена при гораздо больших энергиях столкновений и, соответственно, для гораздо более мощных струй. Но она тоже нуждается в объяснении. В обоих случаях речь идет о значительно более сильном подавлении струй, проходящих через среду, по сравнению с протонными соударениями. Здесь весь вопрос в характеристиках, в том, как они меняются при переходе от одной энергии к другой, от одних ядер к другим. Я бы сказал, что это рабочая ситуация.
– Если принять во внимание, что оба эффекта были зафиксированы в течение нескольких месяцев после запуска LHC, можно ли говорить об уникальности нового коллайдера с точки зрения эффективности набора и анализа данных?
– Безусловно. За счет хорошей светимости (плотности и частоты столкновений пучков) и высокой энергии данные набираются с потрясающей быстротой. Прекрасно отлажены их обработка и хранение. Система ГРИД – это что-то феноменальное. У теоретиков сейчас как никогда много работы: ведь чтобы двигаться вперед, нужно успевать объяснить наблюдаемые эффекты.

Беседовала Светлана БЕЛЯЕВА
Фото Николая СТЕПАНЕНКОВА

Нет комментариев