Физики обнаружили различия в строении атомных ядер в центре и по краям

Физики коллаборации ATLAS впервые обнаружили различия в строении нуклонов в центре и по краям ядер. Результаты эксперимента на Большом адронном коллайдере (LHC) приняты к публикации в Physical Review Letters.

Атомное ядро — не просто комок нуклонов, то есть протонов и нейтронов. Благодаря мощным ускорителям физики высоких энергий могут «заглянуть внутрь» этих частиц. Так в 1982 году выяснилось, что распределение импульсов составляющих нуклон кварков и глюонов различается в зависимости от того, свободен он или составляет ядро.

Теперь оказалось, что так называемые партонные распределения (PDF) могут меняться от того, где внутри ядра находится нуклон — в центре или ближе к краю. Этот результат достоверностью 6 сигм был получен в ультрапериферических столкновениях — то есть, грубо говоря, «по касательной», ионов свинца в LHC.

В отличие от лобовых столкновений в этом случае тяжелые ионы взаимодействуют друг с другом за счет окружающего его колоссального электромагнитного поля. Как правило, подобные взаимодействия разваливают ядро, порождая летящие вперед нейтроны, которые регистрируются нулевыми калориметрами в 140 метрах за точкой взаимодействия. Однако примерно в 4% фотоядерных взаимодействий фотон ударяет по одному-единственному нуклону и оставляет остальное ядро целым.

В статье проанализированы данные столкновений свинец–свинец, записанные в 2018 году, с суммарной интегральной светимостью 1,72 нб⁻¹. Чтобы отловить немногочисленные события с уцелевшими ядрами, отбирались столкновения как минимум с двумя струями и малой дополнительной активностью в детекторе — характерный признак процессов, инициированных фотонами. Построили графики распределения доли импульса нуклона, которую унес ударный партон, сравнили — и убедились, что этот показатель явно зависит от положения нуклона в ядре. Эта картина согласуется с теоретическими предсказаниями, в которых предполагается, что лишь периферические события не испытывают модификаций PDF.

Полученные результаты будут уточняться по данным третьего сеанса LHC, а также в экспериментах на LHC высокой светимости, каковым он станет после модернизации. Открытие может повлиять на интерпретацию многих опытов на коллайдере, итоги которых, вполне вероятно, придется пересчитывать.

Ученые впервые увидели грушевидные ядра атомов: прорыв в квантовой физике

Чтобы узнать, как выглядят атомные ядра, физики разбили их вдребезги

В Китае нашли новое магическое число протонов

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX