Фізики з Університету Райса докладно розповіли, як процес освіти матерії в колайдері може вплинути на майбутні дослідження первинної плазми і фізики за межами Стандартної моделі.
Прискорювачі на зразок RHIC і LHC зазвичай перетворюють енергію на матерію, прискорюючи частини атомів зі швидкістю, близькою до швидкості світла, і стикаючи їх один з одним. Так, наприклад, у 2012 році на LHC виявили бозон Хіггса - остання на той момент ненаблюдаемая частинка Стандартної моделі. Цього разу вчені вийшли за межі Стандартної моделі.
Фізики знають, що Стандартна модель пояснює тільки близько 4% матерії та енергії у Всесвіті.
Ефект, описаний дослідниками, виникає, коли фізики прискорюють зустрічні пучки важких іонів у протилежних напрямках і направляють їх один на одного. Іони є ядрами масивних елементів, таких як золото або свинець, а прискорювачі іонів особливо корисні для вивчення сильної взаємодії, яка пов'язує кварками в нейтронах і протонах атомних ядер. Фізики стикали важкі іони, щоб подолати сильну взаємодію і побачити як кварки, так і глюони.
Але в прискорювачах важких іонів не тільки стикають ядра - іонні пучки також створюють електричні та магнітні поля, які огортають кожне ядро пучка власною світловою «хмарою». Ці хмари рухаються з ядрами і при зустрічі окремі фотони теж можуть зіткнутися. У дослідженні було показано, що фотон-фотонні зіткнення виробляють матерію з чистої енергії. В результаті зіткнень утворився так званий «кварковий суп», а точніше, кварк-глюонна плазма.
Це явище дивно тим, що зіткнення фотонів - це електромагнітна взаємодія, тоді як у кварк-глюонній плазмі переважає сильна.
Одне з запропонованих пояснень полягає в тому, що фотон-фотонна взаємодія буде виглядати по-іншому не через кварк-глюонну плазму, а через зближення двох іонів. Це пов'язано з квантовими ефектами взаємодії фотонів. Однак, якби аномалії були викликані квантовими ефектами, вони могли б створити виявлені інтерференційні картини.
Випадок, коли фотони стикаються, а іони не стикаються один з одним, називають ультраперіферичним зіткненням.
Теорія передбачала, що картини квантової інтерференції від ультраперіферичних фотон-фотонних зіткнень повинні змінюватися разом з відстанню між іонами, що проходять. Використовуючи дані експерименту з компактним мюонним соленоїдом CMS на LHC, дослідники виявили, що вони можуть визначити цю відстань або прицільний параметр, вимірюючи щось зовсім інше.
Чим ближче два іони, тим вища ймовірність, що іон може збудитися і почати випускати нейтрони, які йдуть прямо по лінії променя. Кожне ультраперіферичне фотон-фотонне зіткнення виробляє пару частинок, званих мюонами, які зазвичай розлітаються в протилежних напрямках внаслідок зіткнення. Згідно з теорією, квантова інтерференція спотворює кут вильоту мюонів. І чим коротша відстань між близькими іонами, тим більше спотворення.
Ефект виникає через рух фотонів, що стикаються. Хоча кожен з них рухається в напрямку променя разом зі своїм іоном-господарем, фотони також можуть віддалятися від своїх господарів, а це змінює прицільний параметр.
Ця робота дала міцну базу для досліджень, але вчені продовжують збирати більш точні дані, щоб виключити інші ефекти, пов'язані з кварк-глюонною плазмою.
Дослідження опубліковано в Physical Review Letters.