Физики обнаружили различия в строении атомных ядер в центре и по краям
Физики коллаборации ATLAS впервые обнаружили различия в строении нуклонов в центре и по краям ядер. Результаты эксперимента на Большом адронном коллайдере (LHC) приняты к публикации в Physical Review Letters.
Атомное ядро — не просто комок нуклонов, то есть протонов и нейтронов. Благодаря мощным ускорителям физики высоких энергий могут «заглянуть внутрь» этих частиц. Так в 1982 году выяснилось, что распределение импульсов составляющих нуклон кварков и глюонов различается в зависимости от того, свободен он или составляет ядро.
Теперь оказалось, что так называемые партонные распределения (PDF) могут меняться от того, где внутри ядра находится нуклон — в центре или ближе к краю. Этот результат достоверностью 6 сигм был получен в ультрапериферических столкновениях — то есть, грубо говоря, «по касательной», ионов свинца в LHC.
В отличие от лобовых столкновений в этом случае тяжелые ионы взаимодействуют друг с другом за счет окружающего его колоссального электромагнитного поля. Как правило, подобные взаимодействия разваливают ядро, порождая летящие вперед нейтроны, которые регистрируются нулевыми калориметрами в 140 метрах за точкой взаимодействия. Однако примерно в 4% фотоядерных взаимодействий фотон ударяет по одному-единственному нуклону и оставляет остальное ядро целым.
В статье проанализированы данные столкновений свинец–свинец, записанные в 2018 году, с суммарной интегральной светимостью 1,72 нб⁻¹. Чтобы отловить немногочисленные события с уцелевшими ядрами, отбирались столкновения как минимум с двумя струями и малой дополнительной активностью в детекторе — характерный признак процессов, инициированных фотонами. Построили графики распределения доли импульса нуклона, которую унес ударный партон, сравнили — и убедились, что этот показатель явно зависит от положения нуклона в ядре. Эта картина согласуется с теоретическими предсказаниями, в которых предполагается, что лишь периферические события не испытывают модификаций PDF.
Полученные результаты будут уточняться по данным третьего сеанса LHC, а также в экспериментах на LHC высокой светимости, каковым он станет после модернизации. Открытие может повлиять на интерпретацию многих опытов на коллайдере, итоги которых, вполне вероятно, придется пересчитывать.
