Đo lường mới của ALICE rọi ánh sáng vào động lực của các hạt quark đẹp và duyên
Khi hai ion chì va chạm tại Máy gia tốc hạt lớn (LHC), chúng tạo ra một trạng thái vật chất cực nóng và đậm đặc mà trong đó các hạt quark và gluon không bị giới hạn bên trong thành phần của các hạt hadron. Quả bóng lửa của các hạt particle – được biết là quark - gluon plasma và được tin là chiếm ưu thế của vũ trụ trong phần triệu giây đầu tiên sau Big Bang – dãn nở và làm lạnh một cách nhanh chóng.
Các hạt quark và gluon sau đó chuyển đổi trở lại thành các hadron, bay ra khỏi vùng va chạm để hướng đến các máy dò hạt.
Trong những cuộc va chạm, nơi hai ion chì không va chạm nhau một cách trực diện, vùng chồng lấn giữa các ion đã định hình thành trạng trái hình elliptic để lại một dấu ấn ở dòng hadron. Các đo đạc trên dòng elliptic đem lại một cơ hội sáng giá cho nghiên cứu về trạng thái quark–gluon plasma. Trong bài báo mới dược đưa lên trang arXiv dưới dạng tiền ấn phẩm, nhóm hợp tác ALICE đã báo cáo một đo đạc mới về dòng elliptic của hadron chứa các hạt quark nặng, vốn là minh chứng thuyết phục về plasma 1.
Không giống như các hạt quark nhẹ và tạo nên quark–gluon plasma được sinh ra từ các va chạm ion nặng, các hạt quark duyên và quark đẹp được tạo sinh trong những giai đoạn ban đầu của các vụ va chạm, trước khi hình thành plasma. Do đo chúng tương tác với plasma trong suốt toàn bộ quá trình tiến hóa của mình, từ quá trình dãn nở và làm lạnh để chuyển đổi thành các hadron.
Rất nhiều tương tác với các thành phần của plasma đưa các hạt quark nặng vào trạng thái cân bằng nhiệt với môi trường trong một khoảng thời gian tỉ lệ nghịch với khối lượng của quark. Các hạt quark duyên nhẹ hơn các hạt quark đẹp, vì vậy thời gian nhiệt hóa ngắn hơn và mức độ nhiệt hóa lớn hơn so với quark duyên và quark đẹp.
Một khi được nhiệt hóa với plasma, quark duyên hình thành các meson D và quark đẹp hình thành meson B bằng việc kết hợp với quark nhẹ của môi trường này. Các đo đạc trước đã chứng tỏ dòng chảy elliptic của các meson D kịp thời, nó được gọi như vậy bởi vì chúng được tạo ra ngay sau các cuộc va chạm, mạnh gần như tương đương với các hadron nhẹ nhất là các hạt pion. Bởi vì thời gian nhiệt hóa được chờ đợi kéo dài hơn với các hạt quark đẹp hơn là quark duyên, dòng chảy elliptic của các meson B được dự đoán là yếu hơn so với các hạt meson D kịp thời.
Trong phân tích gần đây về các va chạm không trực diện và trực diện xuất hiện trong suốt đợt vận hành thứ hai của LHC, nhóm hợp tác ALICE đã đo đạc dòng elliptic của các meson B, bằng việc đảm bảo dòng của các meson D “không kịp thời” được tạo ra trong những phân rã meson B. Yếu tố chính trong phân tích này là sự đáp ứng của một kỹ thuật học máy để phân tách các sản phẩm của quá trình phân rã các meson D “không kịp thời” từ khỏi các hạt kịp thời, cũng như khử nhiễu của các xử lý hạt nền ‘bắt chước’ việc tạo ra và phân rã của meson D.
Đo đạc mới chứng tỏ là dòng elliptic của các meson D “không có sẵn” yếu hơn các bản sao kịp thời của chúng, tương đồng với dự đoán. Kết quả này chiếu ánh sáng mới vào quá trình nhiệt hóa của các hạt quark đẹp trong quark–gluon plasma, và tiến trên con đường cho những đo lường mới của ALICE dựa trên dữ liệu từ cuộc vận hành lần thứ ba của LHC.
Với những va chạm nhiều gấp 40 lần so với tổng ghi nhận của ALICE trong những dữ liệu ion nặng trước đây của mình, một ví dụ mới về những va chạm trực diện trong năm 2023 sẽ cho phép dòng chảy của các hạt duyên và đẹp được nghiên cứu với những chi tiết sâu hơn, qua đó hứa hẹn rọi thêm ánh sáng vào động lực học của trạng thái quark–gluon plasma.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://cerncourier.com/a/going-with-the-flow/
https://phys.org/news/2023-12-alice-dynamics-charm-beauty-particles.html
———————————————-
1. https://arxiv.org/abs/2307.14084
