Долгое время считалось, что кварк-глюонная плазма (КГП) может образоваться только при столкновениях очень тяжелых ионов, например свинца, который более чем в 200 раз тяжелее протона. Свинцовые столкновения генерируют необходимые температуру и давление. Однако в начале этого года коллаборация ALICE при ЦЕРН нашла признаки плазмы в столкновениях протонов с протонами и протонов со свинцом. А год назад все четыре эксперимента впервые заметили намеки на КГП в кислород-кислородных столкновениях.
Проведенный недавно еще более тщательный анализ подтвердил несколько сигналов, характерных для КГП, в кислород-кислородных и в неон-неоновых столкновениях.
Один из важнейших признаков КГП — потеря энергии быстрыми кварками и глюонами при прохождении через плотную плазму, так называемое «торможение партонов», пишет Scitech Daily. Коллаборация ATLAS обнаружила этот эффект по дисбалансу между парами струй частиц, рождающихся в столкновениях. В лобовых столкновениях дисбаланс был сильнее, что соответствует большему объему плазмы. CMS и LHCb измерили подавление выхода заряженных частиц — в кислород-кислородных и неон-неоновых столкновениях их рождалось меньше, чем в протон-протонных, что также указывает на потерю энергии в плазме. LHCb дополнительно обнаружила, что подавление сильнее в неоновых столкновениях — и это ожидаемо, поскольку неон тяжелее кислорода и создает больше плазмы.
ALICE проанализировала направление движения частиц и обнаружила так называемый анизотропный поток: барионы (частицы из трех кварков) вылетали более направленно, чем мезоны, состоящие из двух кварков. Возможно, это происходит оттого, что КГП передает коллективное движение частицам, а барионы, содержащие на один кварк больше, получают большую долю этого потока. Это один из самых ярких сигналов, однозначно указывающих на образование плазмы.
ATLAS, CMS и LHCb также изучили распад короткоживущих частиц — ипсилон-мезонов, содержащих «прелестный» кварк и антикварк. В КГП слабее связанные состояния разрушаются быстрее, чем связанные сильнее, и эта закономерность была подтверждена. ALICE, CMS и LHCb представили согласованные результаты, которые в совокупности делают картину убедительной.
Параллельно ведется модернизация БАК — после введения в эксплуатацию обновления High-Luminosity LHC (HL-LHC) интенсивность столкновений возрастет в разы, что позволит изучать кварк-глюонную плазму в беспрецедентных подробностях. А значит, ученые смогут лучше понять, как устроено вещество в самом фундаментальном, «доадронном» состоянии, каким оно было через мгновение после рождения Вселенной.
В начале года физики обнаружили с помощью модернизированного детектора LHCb частицу Ξcc+ (Xi-cc-plus), родственницу протона. Открытие разрешает загадку 20-летней давности: похожую частицу физики зафиксировали в 2002 году, но достоверность оценки массы не достигла тогда нужного уровня.
