Quando due ioni di piombo si scontrano al Large Hadron Collider (LHC), producono uno stato di materia estremamente caldo e denso in cui quark e gluoni non sono confinati all'interno di particelle composite chiamate adroni. Questa palla di fuoco di particelle, nota come plasma di quark e gluoni e che si ritiene abbia riempito l'universo nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, si espande e si raffredda rapidamente. I quark e i gluoni si trasformano quindi di nuovo in adroni, che volano fuori dalla zona di collisione verso i rilevatori di particelle.

Nelle collisioni in cui i due ioni di piombo non si scontrano frontalmente, la regione di sovrapposizione tra gli ioni ha una forma ellittica che lascia un'impronta sul flusso degli adroni. Le misurazioni di tale flusso ellittico forniscono un metodo efficace per studiare il plasma di quark e gluoni. In un recente articolo pubblicato su arXiv server di prestampa, la collaborazione ALICE ha riportato una nuova misurazione del flusso ellittico di adroni contenenti quark pesanti, che sono sonde del plasma particolarmente potenti.

A differenza dei gluoni e dei quark leggeri che costituiscono la maggior parte del plasma di quark-gluoni creato nelle collisioni di ioni pesanti, i quark pesanti charm e beauty vengono prodotti nelle fasi iniziali delle collisioni, prima che si formi il plasma. Interagiscono quindi con il plasma durante tutta la sua evoluzione, dalla sua espansione e raffreddamento fino alla trasformazione in adroni.

Molteplici interazioni con i costituenti del plasma portano i quark pesanti in equilibrio termico con il mezzo in un tempo inversamente proporzionale alla massa del quark. I quark charm sono più leggeri dei quark beauty, quindi è previsto un tempo di termalizzazione più breve e un grado di termalizzazione maggiore per i quark charm rispetto ai quark beauty.

Una volta termalizzati con il plasma, i quark charm formano mesoni D e i quark beauty formano mesoni B, combinandosi con i quark light del mezzo (vedi figura sopra). Misure precedenti hanno dimostrato che il flusso ellittico di tali mesoni D "pronti", così chiamati perché prodotti subito dopo le collisioni, è forte quasi quanto quello degli adroni più leggeri, i pioni. Poiché si prevede che il tempo di termalizzazione sia più lungo per i quark beauty rispetto ai quark charm, si prevede che il flusso ellittico dei mesoni B sia più debole di quello dei mesoni D rapidi.

Nella sua recente analisi delle collisioni piombo-piombo non frontali avvenute durante la fase 2 dell'LHC, la collaborazione ALICE ha misurato il flusso ellittico dei mesoni B, misurando il flusso dei mesoni D "non rapidi" prodotti in i decadimenti dei mesoni B. La chiave dell'analisi è stata l'adozione di una tecnica di apprendimento automatico per separare i prodotti del decadimento dei mesoni D non rapidi da quelli di quelli rapidi, nonché per sopprimere i numerosi processi delle particelle di fondo che imitano la produzione e il decadimento dei mesoni D .

La nuova misurazione mostra che il flusso ellittico dei mesoni D non rapidi è più debole di quello delle loro controparti immediate, in accordo con le aspettative. Il risultato getta nuova luce sulla termalizzazione dei quark beauty nel plasma di quark e gluoni e apre la strada a nuove misurazioni ALICE basate sui dati della Fase 3 dell'LHC.

Con un numero di collisioni 40 volte superiore rispetto al totale registrato da ALICE nei suoi precedenti periodi di raccolta dati sugli ioni pesanti, il nuovo campione di collisioni piombo-piombo prelevato nel 2023 consentirà di studiare in maggiore dettaglio il flusso di particelle di fascino e bellezza, eliminando ulteriore luce sulla loro dinamica nel plasma di quark e gluoni.

Ulteriori informazioni: Misurazione di D ⁰ non richiesto Flusso ellittico del mesone nelle collisioni Pb-Pb a √sNN =5,02 TeV, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2307.14084

Informazioni sul giornale: arXiv

Fornito dal CERN