ALICE协作在最简单的碰撞中看到远程空间对应

导读 当金核或铅核等原子核在粒子对撞机中以高能碰撞时,它们会产生夸克-胶子等离子体(QGP)——一种据预测在大爆炸后不久就存在的热致密物质状态

当金核或铅核等原子核在粒子对撞机中以高能碰撞时,它们会产生夸克-胶子等离子体(QGP)——一种据预测在大爆炸后不久就存在的热致密物质状态。在此类重离子碰撞中形成QGP的关键特征之一是碰撞中产生的粒子之间的远程空间对应或相关性。

这种集体现象在数据图中表现为类似山脊的形状,被称为山脊,2005年首次在美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机的重离子碰撞中观察到,此后在CERN的大型强子对撞机(LHC)中观察到较小的碰撞系统,例如质子之间的碰撞。

在今天的RencontresdeMoriond会议上,ALICE合作报告了在最简单的碰撞系统中观察到的脊相关性。这一结果使物理学家更接近于在小型碰撞系统中找到类似QGP的集体现象的起源。

2010年,CMS合作在产生相对大量粒子的“高多重性”质子碰撞中首次观察到重离子碰撞以外的碰撞中的脊相关性。不久之后,CMS、ALICE和ATLAS在质子和铅核之间的碰撞中也观察到了这种现象。这些观察结果令人惊讶——这种碰撞系统被认为太小太简单,无法发展出类似QGP的集体行为。进一步的研究表明,观察到的脊相关性在本质上确实是集体的,但在这些更小、更简单的系统中支持这种集体行为的确切机制仍有待确定。

在其最新研究中,ALICE合作着手研究脊相关性是否也发生在产生相对少量粒子的“低多重性”质子碰撞中。ALICE研究人员分析了大型强子对撞机第二次运行期间合作记录的大量质子碰撞样本,以研究脊效应如何取决于碰撞中产生的粒子数量。然后,他们在图表中绘制了在一组低多重碰撞中沿相对于碰撞轴的两个角度方向产生的粒子对的数量,并发现了一个清晰的脊状形状。

接下来,ALICE团队研究了与脊相关的粒子对数量如何随多重性变化,并将结果与​​LHC的前身大型电子-正电子对撞机ALEPH实验记录的电子-正电子碰撞的先前结果进行了比较。这一比较表明,对于相同的多重性,质子碰撞中的脊相关性强于电子-正电子碰撞中推导出的脊相关性,其中迄今为止没有看到脊相关性。

这些新的ALICE结果,以及基于第三次大型强子对撞机数据的未来研究,应该有助于物理学家确定在小型碰撞系统中控制集体行为的机制。