Возможность понаблюдать за подавлением, или «гашением» высокоэнергетических потоков частиц была целью исследователей с начала работы релятивистского коллайдера тяжелых ионов в 2000 г. Эти струи возникают, когда кварк или глюон внутри протона или нейтрона одного пучка частиц сталкивается с кварком или глюоном в атомных частицах пучка, движущегося навстречу. В результате отдельные кварки или глюоны оказываются выбиты, что быстро превращает энергетические частицы в каскады других частиц.

Если столкновение не создает кварк-глюонную плазму, то детекторы релятивисткого коллайдера могут засечь потоки частиц или их продукты столкновения. Но если плазма формируется, то выбитые свободные кварки или глюоны, несмотря на свою энергию, оказываются втянуты во взаимодействие с кварками и глюонами, образующими плазму. Эти взаимодействия ведут к потере энергии — или подавлению струй. Ученые сравнили этот процесс с разницей в движении тела через воздушную или водную среду. Кварк-глюонная плазма, как вода, замедляет частицы. В результате струи достигают детектора, лишившись большей части энергии.

Однако при столкновении с частицами меньшей массы, например, дейтронами, с массивными ионами золота происходит нечто необычное: в центральных столкновениях происходит обычное подавление струй, а на периферии, наоборот, рост.

Применив альтернативный и более прямой подход, описанный в недавней статье, ученые коллаборации PHENIX выяснили, отчего так происходит. При столкновении частиц образуются не только свободные кварки и глюоны, но и высокоэнергетические фотоны. Их количество пропорционально количеству кварков и глюонов. Подсчитав его, ученые смогли измерить центральность столкновений и в точности узнать, сколько энергетических кварков или глюонов было выбито — и сколько еще струй может возникнуть.

Отделив сигналы фотонов от данных столкновений дейтронов с золотом, физики увидели, что картина изменилась, и необъяснимого ранее роста струй от периферийных столкновений нет. Но сигнал подавления в самых центральных столкновениях все еще достаточно сильный.

«Мы обнаружили подавление энергетических частиц, одно из двух основных свидетельств кварк-глюонной плазмы», — заявил Ясуюки Акиба, руководитель научной группы.

Следующим шагом ученых станет применение этого же метода к другим системам ионов, пишет Phys. Это позволит приблизиться к пониманию процессов происхождения Вселенной.

Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов и нейтронов, частиц, существующих в результате взаимодействия кварков при помощи глюонов. Недавно физикам из международной коллаборации nCTEQ удалось воспроизвести в эксперименте все свойства нуклонов, используя только кварки и глюоны.