Cząstki silnie oddziaływujące (tzw. hadrony czyli proton, neutron czy
advertisement
Nr wniosku: 144759, nr raportu: 7290. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. Michał Paweł Praszałowicz Cząstki silnie oddziaływujące (tzw. hadrony czyli proton, neutron czy jądra atomowe) zbudowane są z kwarków i tzw. gluonów, które są odpowiedzialne za związanie kwarków w jedną całość. Rozpraszanie hadronów przy wysokich energiach, W, zdominowane jest przez zderzenia gluonów, których liczba rośnie wraz ze wzrostem W. W pewnym momencie liczba ta może być tak duża, że gluony wypełnią całą dostępną objętość hadronu i wzrost ich liczby ze zwiększaniem energii osłabnie. Zjawisko to nosi nazwę saturacji. Zostało ono zapostulowane teoretycznie, ale jego istnienie ciągle nie jest w pełni potwierdzone eksperymentalnie. Istotnym parametrem jest tu rozmiar poprzeczny gluonów, który jest odwrotnie proporcjonalny do niesionego przez nie pędu poprzecznego (kT) względem osi zderzenia. Dla gluonów o dużych kT dzięki małemu rozmiarowi poprzecznemu nie dochodzi do przekrywania i materia gluonowa pozostaje „rzadka”. Z kolei przy małych kT następuje przekrywanie i taki układ jest „gęsty”. Pęd będący granicą między obszarem „gęstym” a „rzadkim” nazywany jest skalą saturacji, Qs(W) i rośnie potęgowo z energią zderzających się cząstek. Celem niniejszego projektu było przeanalizowanie danych doświadczalnych zebranych w eksperymentach akceleratorowych, m. in. w LHC (CERN, Genewa), pod kątem zjawiska saturacji, które objawia się tzw. skalowaniem geometrycznym. Skalowanie geometryczne polega na tym, że przekroje czynne lub krotności produkowanych cząstek, które w zasadzie zależą od dwóch niezależnych zmiennych kinematycznych, w tym wypadku energii zderzenia W i pędu poprzecznego pT obserwowanej cząstki, w rzeczywistości zależą tylko od pewnej ich kombinacji zwanej zmienną skalowania τ = (pT/Qs(W))2. Skalowanie geometryczne zostało odkryte w rozpraszaniu głęboko nieelastycznym elektron-proton. Celem bieżącego projektu było głównie zbadanie tego skalowania w zderzeniach hadronów. W tym celu przeanalizowaliśmy nowe dane dla krotności produkowanych cząstek z eksperymentów CMS i ALICE z LHC. Okazało się, że dokładna forma skalowania zależy od selekcji danych, w szczególności, czy są to dane nieelastyczne, czy też zawierają częściowo przypadki dyfrakcyjne. Istnienie skalowania geometrycznego jest widoczne jeśli wykreśli się liczbę cząstek naładowanych produkowanych w LHC przy trzech różnych energiach w funkcji pędu poprzecznego a potem w funkcji zmiennej skalowania τ. Wówczas trzy różne krzywe rozkładów w pT pokrywają się, jeżeli wykreślić je w zależności od τ. Zbadaliśmy też konsekwencje skalowania geometrycznego dla korelacji średniego pędu poprzecznego niesionego przez wyprodukowane cząstki z krotnością (a więc liczbą wyprodukowanych cząstek w danym przypadku). Okazało się, że korelacja ta jest bardzo czuła na rozmiar i kształt obszaru, który w wyniku zderzenia dwóch protonów zostaje wzbudzony i z którego wypromieniowywane są mierzone cząstki. Są to zupełnie nowe wyniki, które zamierzamy sprawdzić w miarę pojawiania się nowych danych. Analiza danych z eksperymentu NA61 pozwoliła na unikatowe zbadanie łamania skalowania geometrycznego, związanego z faktem, że tylko jeden ze zderzających się protonów jest w stanie „gęstym”, natomiast drugi nie. Wyselekcjonowanie takiej konfiguracji było możliwe, ze względu na dużą czułość detektorów NA61 na cząstki o bardzo różnych pędach podłużnych. Analiza wykazała jakościową zgodność z przewidywaniami teoretycznymi. Wykazaliśmy także na podstawie danych z eksperymentu PHOBOS z akceleratora RHIC, że skalowanie geometryczne pojawia się w zderzeniach ciężkich jonów. Przeprowadzone w ramach niniejszego projektu badania, wykazały istnienie skalowania geometrycznego w zderzeniach hadronów przy wysokich energiach. W miarę pojawiania się nowych danych zjawisko to będzie można zbadać bardziej szczegółowo. Wyniki te wskazują na potrzebę przeprowadzenia specjalnych pomiarów, poświęconych badaniu protonów w stanach o bardzo dużej liczbie gluonów („gęstych”), które są planowane w CERNie poprzez badanie rozproszeń pod bardzo małymi kątami.
