Столкновения в Большом адронном коллайдере раскрыли необычную форму ядер кислорода и неона
Столкновения ядер кислорода и неона в Большом адронном коллайдере позволили получить новые сведения о внутренней структуре атомных ядер. Анализ движения частиц после столкновений показал, что форма ядер может заметно влиять на характер возникающего коллективного потока.
Ядра атомов не имеют неизменной геометрической формы. Их структура зависит от энергетического состояния и описывается с помощью квантовой механики. Это особенно важно для ядер лёгких элементов, поскольку их внутренняя конфигурация может существенно отличаться от приблизительно сферической.
Исследователи изучили столкновения ядер кислорода-16 и неона-20 с одинаковой энергией 5,36 ТэВ на пару нуклонов. Эксперимент проводился с помощью детектора CMS на Большом адронном коллайдере.
При столкновении ядер на таких энергиях возникает чрезвычайно горячее и краткоживущее состояние материи — кварк-глюонная плазма. Она ведёт себя подобно жидкости, а движение образующихся частиц сохраняет информацию о геометрии исходного столкновения.
Именно этот эффект позволил исследователям сравнить структуру кислорода-16 и неона-20. Согласно ядерным моделям, ядро кислорода-16 может иметь конфигурацию, напоминающую тетраэдр, тогда как ядро неона-20 может быть вытянутым и напоминать по форме кеглю.
В обоих типах столкновений наблюдались эллиптический и треугольный коллективные потоки частиц. При почти центральных столкновениях сигнал эллиптического потока у неона оказался сильнее, чем у кислорода. Соотношение этих сигналов возрастало при переходе к наиболее центральным столкновениям.
Такое поведение согласуется с предположением, что ядро неона-20 имеет более выраженную деформацию, чем ядро кислорода-16. Поскольку массы двух ядер близки, различия в характере потока в значительной степени могут быть связаны именно с их исходной геометрией.
При этом треугольный поток оказался сложнее объяснить. Его соотношение менялось не так, как предсказывали существующие модели, что указывает на необходимость более точного учёта случайных флуктуаций структуры ядер перед столкновением.
Полученные результаты пока не позволяют определить точную форму или степень деформации ядра неона-20. Однако эксперимент показывает, что столкновения лёгких ядер на Большом адронном коллайдере могут использоваться как своеобразный инструмент для изучения их внутренней структуры.
Исследование в журнале Physical Review Letters.