Lo studio della materia nucleare in condizioni estreme consente agli scienziati di comprendere meglio come avrebbe potuto apparire l’universo subito dopo la sua creazione. Gli scienziati del Large Hadron Collider raggiungono le condizioni per ricreare i mini-Big Bang in laboratorio facendo collidere nuclei a velocità vicine a quella della luce. Queste collisioni creano temperature circa un milione di volte più calde del centro del sole.
Questo fonde i nuclei in una palla di fuoco dei loro quark e gluoni costituenti, nota come plasma di quark e gluoni (QGP). Anche i quark e i gluoni dei nuclei in collisione a volte rimbalzano tra loro molto presto nella collisione e formano spruzzi di particelle energetiche note come getti. Questi getti perdono energia quando escono dal plasma, mentre i getti larghi perdono più energia rispetto ai getti stretti.
I ricercatori hanno lottato a lungo per comprendere i meccanismi attraverso i quali i quark e i gluoni energetici, che si dividono in poli e formano getti, interagiscono con il QGP. Un metodo per comprendere la perdita di energia del getto è noto come "approccio della decoerenza".
Questo metodo porta i ricercatori ad aspettarsi che un getto ampio con due poli, ciascuno dei quali può agire come un emettitore separato di radiazioni, perderà più energia di un getto stretto, che agisce come un'unica fonte di radiazioni.
In uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review C , i ricercatori hanno misurato la perdita di energia dei getti con strutture strette e larghe nel QGP. I risultati confermano per la prima volta che il plasma tratta ciascun polo di un getto in modo indipendente solo quando i poli sono separati da un angolo critico sufficientemente grande da consentire al QGP di interagire con i getti come entità indipendenti.
Per la prima volta, i ricercatori hanno misurato la perdita di energia subita dai getti che attraversano il QGP in funzione della sua sottostruttura utilizzando i dati di collisione raccolti da ATLAS, il più grande esperimento di rilevamento di particelle per uso generale presso il Large Hadron Collider.
Gli scienziati hanno implementato un algoritmo per combinare con successo le informazioni provenienti dai diversi sottorivelatori di ATLAS e costruire un quadro preciso della struttura interna del getto nel denso ambiente di collisione di ioni pesanti. Il risultato indica che la struttura di un getto è caratterizzata dal suo angolo di apertura e si osserva che i getti con un angolo di apertura più ampio perdono molta più energia nel QGP rispetto ai getti stretti.
Questo risultato conferma l'ipotesi di decoerenza, che prevede la comparsa di un angolo critico nella prima dura scissione di un getto, al di sopra del quale il getto perde energia "incoerentemente" come due emettitori. I nuovi risultati stabiliscono che il QGP non modifica la sottostruttura dura di un getto che lo attraversa, ma piuttosto raffredda preferenzialmente i getti con una sottostruttura più ampia.
Ulteriori informazioni: G. Aad et al, Misurazione della soppressione del getto dipendente dalla sottostruttura nelle collisioni Pb+Pb a 5,02 TeV con il rilevatore ATLAS, Revisione fisica C (2023). DOI:10.1103/PhysRevC.107.054909
Informazioni sul giornale: Revisione fisica C
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