Фізики CERN зафіксували ознаки насичення глюонами в ядрах

13 серпня 2026 р. 13:11

13 серпня 2026 р. 13:11

Фізики, які працюють з експериментом ALICE на Великому адронному колайдері CERN, провели найдетальніші на сьогодні вимірювання поведінки глюонів усередині атомних ядер. Результати вказують, що ці носії сильної взаємодії можуть досягати надщільного стану, відомого як насичення глюонами . Про це повідомляє Sci.News .

Професор Університету Канзасу Даніель Тапія Такакі (Daniel Tapia Takaki), учасник колаборації ALICE, пояснює, що хоч кварки часто описують як фундаментальні «цеглинки» матерії, майже вся маса видимого Всесвіту походить саме від енергії, яку переносять глюони, та від сильної сили, що зв’язує кварки. Тому розуміння поведінки глюонів усередині ядер є ключем до того, як матерія набуває своєї маси та структури.

Як «заглянули» всередину ядра

Щоб простежити флуктуації глюонів у ядрі з кращою просторовою роздільною здатністю, ніж раніше, команда ALICE використала експериментальну техніку, яку називають некогерентним фотоядерним утворенням J/ψ .

Вимірювання провели на даних другого сеансу роботи Великого адронного колайдера. У цих подіях швидкі ядра свинцю пролітали дуже близько одне від одного, але без прямого зіткнення. В таких «зіткненнях навльот» потужні електромагнітні поля навколо ядер поводяться як пучки високоенергетичних фотонів.

Коли один з таких фотонів влучає в інше ядро, може на мить утворюватися частинка J/ψ . Частота її народження є чутливим індикатором глюонної структури в ядрі-мішені.

На відміну від методик, які усереднюють властивості по всьому ядру, некогерентне утворення J/ψ реагує на локальні флуктуації густини глюонів. Це дає змогу досліджувати структури, менші за протон.

Глюонний «мікроскоп» з фемтометровою роздільною здатністю

Інтенсивні глюонні поля всередині кожного атомного ядра відповідають за більшу частину видимої матерії у Всесвіті, але їх колективна поведінка досі лишається серйозним викликом для фізики.

За словами проф. Тапії Такакі, використання некогерентного утворення J/ψ можна порівняти з переходом від розмитого зображення до мікроскопа високої роздільної здатності. Змінюючи перенесений імпульс у взаємодії, експеримент фактично «перефокусує» цей мікроскоп та розглядає ядро на різних просторових масштабах.

У дослідженні ALICE досяг роздільної здатності близько 0,6; 0,3 та 0,2 фемтометра , що дозволило поступово зондувати дедалі менші області всередині ядра. Найдрібніший масштаб відповідає структурам приблизно у чверть розміру протона.

Саме на цих надмалих відстанях команда побачила ознаки того, що глюони починають поводитися колективно. Такий режим відомий як насичення глюонами: коли їх стає настільки багато в обмеженому об’ємі, що вони інтенсивно взаємодіють між собою і виникає природна межа для їхньої кількості.

Несподіване придушення J/ψ і межі старих пояснень

Дослідники виміряли некогерентне утворення J/ψ у широкому діапазоні енергій взаємодії фотон–ядро — від 20 до 633 мільярдів електрон-вольт . Паралельно вони аналізували, як змінюється результат із перенесенням імпульсу, тобто з тим, наскільки «дрібно» зондується ядро.

Отримані дані показали виразну картину: на найменших досліджених просторових масштабах швидкість утворення частинок J/ψ помітно зменшується. Це придушення має статистичну значущість близько трьох сигм , тобто навряд чи є випадковою флуктуацією.

Такий результат став викликом для давно відомого ефекту, який називають ядерним затіненням . У цій картині глюони в ядрі частково перекривають і «затьмарюють» один одного, подібно до шарів хмар, що закривають сонячне світло. Через це ймовірність деяких процесів утворення частинок зменшується.

Нові вимірювання показують, що звичайне ядерне затінення не може повністю пояснити спостережуване придушення J/ψ на найдрібніших масштабах. Натомість дані узгоджуються з режимом насичення глюонами, який передбачає теорія квантової хромодинаміки — фундаментальна теорія сильної взаємодії.

У цьому режимі глюони настільки ущільнюються, що їхні взаємодії між собою починають обмежувати подальше збільшення кількості глюонів у певній ділянці простору. Саме таку колективну поведінку і вказують нові спостереження ALICE.

Результати роботи команди були опубліковані в журналі Physical Review Letters під назвою «Evidence for J/ψ Suppression in Incoherent Photonuclear Production». Вони додають важливу ланку до розуміння того, як на фундаментному рівні влаштовані атомні ядра і як формується маса видимої матерії у Всесвіті.

Наука