В журнале Physical Review Letters опубликована работа группы физиков, впервые измеривших, как ведут себя глюоны — частицы, передающие сильное взаимодействие — внутри атомных ядер. Исследование основано на данных, полученных в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона в США.
Глюоны — это своего рода «клей», соединяющий кварки, элементарные частицы, формирующие протоны и нейтроны. Ученым давно было известно, как глюоны распределяются в одиночных протонах или нейтронах. Однако поведение этих частиц в составе более сложного объекта — ядра — оставалось загадкой. Новый эксперимент позволил впервые получить представление об этом процессе.
Команда использовала мощный фотонный пучок, направленный на мишени из дейтерия, гелия и углерода. При столкновении фотонов с ядрами рождалась тяжелая частица J/ψ, состоящая из очарованных кварков, что указывает на участие глюонов в процессе. Обнаружение J/ψ в условиях, когда энергия фотона была ниже порога, необходимого для неподвижного протона, стало ключевым достижением эксперимента.
Такое измерение оказалось возможным потому, что протоны и нейтроны внутри ядра находятся в движении. Их собственная энергия дополняла энергию фотонов, давая нужный результат. Это позволило зафиксировать производство J/ψ там, где теоретически оно не должно было происходить — и, значит, получить информацию о глюонном «клее».
Результаты показали: количество рожденных J/ψ оказалось больше, чем предсказывали теории. Это может означать, что глюоны в ядрах ведут себя иначе, чем в отдельных нуклонах. Но чтобы точно понять, в чем различие, потребуются новые измерения. И именно эти данные станут ориентиром для будущих экспериментов, включая масштабные исследования на планируемом электронно-ионном коллайдере (EIC).
Исследование также показало, что даже с ограниченным объемом данных — всего несколько десятков событий J/ψ, собранных за шесть недель — можно получить важную физическую информацию. Теперь ученые надеются на более длительные эксперименты, чтобы составить подробную карту ядерного клея и, возможно, лучше понять природу сильного взаимодействия.
Интересно, что пока физики изучают взаимодействия в ядрах и свойства глюонов, другие ученые фиксируют в космосе рекордно мощные гамма-кванты — частицы с энергией, которая поражает воображение. Об этом вы можете узнать подробнее в одной из последних статей, где рассказывается о самом ярком гамма-всплеске за всю историю наблюдений.