Колаборація ALICE, що працює на Великому адронному колайдері, вперше виміряла силу взаємодії протона з -мезоном. Ця взаємодія виявилася притягуючою. Результати допоможуть розібратися у властивостях конденсатів полів у вакуумі квантової хромодинаміки, які впливають на властивості всіх сильних частинок. Дослідження опубліковано в.
Поняття вакууму в квантовій хромодинаміці дуже далеко від порожнього простору, в якому нічого не відбувається. У вакуумі глюонні і кваркові поля флуктурують, і ці флуктуації впливають на властивості спостерігаються сильних частинок - адронів. Самі ж адрони можна розглядати як збудження над кварковим і глюонним конденсатами.
Властивості вакууму можуть змінитися в дуже гарячому або щільному середовищі і, зокрема, вакуум всередині атомного ядра відрізняється від вакууму зовні - величини флуктуацій глюонного і кваркових полів змінюються. Відмінності у властивостях конденсатів призводять до відмінностей у динаміці адронів, яку можна дослідити експериментально. З порівняння параметрів сильних частинок всередині і зовні ядерної речовини можна вивести відмінності у властивостях вакууму. Цей спосіб дуже корисний, тому що фізику хромодинамічного вакууму майже неможливо дослідити теоретично, оскільки теорія обурень - основний метод проведення обчислень у квантовій теорії поля - непримінна до таких завдань.
Для дослідження властивостей вакууму всередині атомного ядра зручно вимірювати параметри взаємодії дуже короткоживучих адронів, щоб народившись в ядрі, така частинка встигла там же і розпастися, провзапозичивши тільки всередині ядерної речовини. Одним з таких адронів є -мезон, що складається з s-кварка і його античастинки. Час життя -мезону у вакуумі становить приблизно 1,5 ст.110-22 секунди, тоді як всередині ядра воно приблизно на порядок менше.
Колаборація ALICE, що працює на Великому адронному колайдері, представила результати вимірювання сили взаємодії -мезона і протону у вакуумі. Потенціал витягувався з аналізу даних розсіювання протонів і -мезонів. Дані набирали протягом другого сезону роботи колайдера.
Мезони народжувалися в зіткненнях протонів з сумарною енергією в системі центру мас рівної 13 тераелектронвольт. Оскільки -мезони дуже короткоживучі, то реєструвалися продукти їх розпаду, а саме пари каонів. Всього вчені проаналізували приблизно 5 ст.1108 актів розсіювання -мезонів на протонах (а також антипротонах). Дані розсіювання фізики фітували за допомогою потенціалів Юкави і Гаусса. Знаки обох потенціалів виявилися негативними, тобто частинки притягуються. Характерним масштабом довжини, що входить у вирази для потенціалів, виявився фемтометр. Речова і уявна частини довжини розсіювання дорівнюють 0,85 0,34 (stat) 0,14 (syst) фемтометра і 0,16 0,10 (stat) ^ 0,09 (syst) фемтометра, відповідно. Речова частина відрізняється від нуля на 2,3 стандартних відхилення, а уявна частина дорівнює нулю в рамках експериментальної похибки, що означає, що основний внесок в амплітуду робить упруге розсіяння.
Точність вимірювання виявилася досить низькою, і експериментатори сподіваються, що дані, які будуть зібрані за третій і четвертий сезони роботи коллайдера, допоможуть істотно уточнити їх результат. Також вчені розраховують, що аналогічні величини будуть вимірені для взаємодії -мезонів і протонів в ядерній речовині, що допоможе краще зрозуміти структуру вакууму хромодинаміки.
Раніше ми писали про те, як вчені вирахували вакуумний внесок у масу протона.