Разбивайте поляризованные протоны, чтобы раскрыть спин и другие секреты

Изменение этого направления и столкновение различных комбинаций этих спин-поляризованных протонных пучков дает ученым возможность расшифровать, как внутренние строительные блоки протонов — кварки и глюоны — вносят вклад в их общий спин. RHIC — единственный объект в мире, способный сталкивать такие поляризованные протоны. Последний раунд этих столкновений только начался и продлится примерно следующие девять недель.

Заезд 15 приведет к более высокому уровню столкновений, чем в предыдущие годы, благодаря ряду модернизаций машин на RHIC.
Например, недавно установленные электронные линзы помогут удерживать пучки протонов плотно сгруппированными, чтобы максимизировать вероятность столкновения частиц.
«Когда протоны проходят друг мимо друга, их положительные заряды заставляют протоны в одном луче отталкивать протоны в другом», — пояснил Вольфрам Фишер, начальник отдела ускорителей Брукхейвенского отдела ускорителей коллайдеров. "Электронные линзы используют силу притяжения отрицательно заряженных электронов, чтобы компенсировать эту тенденцию к отталкиванию и, таким образом, позволяют упаковывать больше протонов в пучки."
Разбор спина протона

Тайна источника спина протона озадачивала физиков-ядерщиков с тех пор, как эксперименты в 1980-х годах показали, что спины кварков и антикварков могут составлять не более трети полного спина протона. «Одна из основных целей столкновений энергичных поляризованных протонов RHIC — повысить точность наших измерений, чтобы мы могли лучше выявить вклад спина глюонов», — сказал Джейми Данлоп, доцент кафедры ядерной физики физического факультета Брукхейвена.

Посылая протоны через спиральные магниты, называемые сибирскими змеями, которые регулярно меняют направление вращения протонов вверх-вниз и наоборот для коррекции деполяризующих эффектов, и вращающие магниты-вращатели, расположенные по обе стороны от двух детекторов частиц RHIC, ученые могут крутить и поворачивать луч, чтобы ориентировать спины протонов практически так, как им нравится.

До сих пор эти эксперименты на RHIC показали, что спины глюонов играют решающую роль в спине протона, почти равную спинам кварка и антикварка. Новые прецизионные измерения помогут прояснить, насколько велик этот вклад.
Другая ключевая цель — определить и определить, почему при поперечно поляризованных протон-протонных столкновениях наблюдается дисбаланс в том, как определенные частицы отклоняются в одном направлении, а не в другом.
«Когда вы сталкиваетесь с пучком неполяризованных протонов (где спины протонов могут быть направлены в любом направлении) с протоном, поляризованным поперек его направления движения (скажем, осью поляризации вверх), возникает чистое отклонение — дисбаланс в вероятности того, что частица уйдет влево, а не вправо — точно так же, как когда мяч попадает в вращающийся веер ", — сказал Данлоп. "Эффект от RHIC огромен", — сказал он, когда в одну сторону направляется до двух частиц больше, чем в другую.

Источник этого явления до сих пор неясен, несмотря на его силу и несмотря на более чем десятилетние измерения.
«Некоторые ученые думают, что это может быть связано с поперечным импульсом кварков и глюонов внутри протона — подпрыгивающим движением этих подкомпонентов, которое перпендикулярно направлению движения протонов», — сказал физик из Брукхейвена Эльке Ашенауэр, лидер. в программе отжима RHIC. «Поляризация лучей RHIC позволяет визуализировать это движение, измеряя тенденцию частиц выходить влево по сравнению с правым."
Использование поляризованных протонов для исследования более тяжелых ионов

После первой девятинедельной части эксперимента физики RHIC начнут серию экспериментов, которых они никогда раньше не делали — столкновения поляризованных протонов в одном пучке с пучком более тяжелых ионов (сначала золота, в течение примерно пяти недель, затем более короткий двухнедельный пробег с алюминием). Эти столкновения помогут ученым искать признаки насыщения глюонов — плотные глюонные поля, которые, как предсказывают теоретики, существуют в ядрах и на которые намекают результаты ранних столкновений дейтрона с золотом на RHIC и, совсем недавно, столкновений протонов со свинцом на Большом Адронный коллайдер (LHC).
Эти глюонные поля могут играть важную роль в спине протона, а также в формировании кварк-глюонной плазмы, где протоны и нейтроны в двух сталкивающихся ионных пучках плавятся, образуя бурлящий суп из кварковых и глюонных строительных блоков, которые больше не ограничиваются отдельными элементами. ядра.

Недавние данные на RHIC и LHC дали понять, что крошечные капли кварк-глюонной плазмы могут даже образовываться при столкновениях протонов (или дейтронов) с более крупными ядрами.
«Решающим испытанием, чтобы увидеть, так ли это, будет спроектировать образование одной, двух или трех капель в результате столкновений протонов, дейтронов или гелиевых снарядов с более крупными ядрами», — сказал физик из Университета Колорадо Джейми Нэгл. со-спикер сотрудничества PHENIX в RHIC. "Имея в наличии результаты по дейтрону и гелию, данные о столкновениях протонов с тяжелыми ионами в прогоне 15 завершат набор этих начальных испытаний."
Кроме того, сказал Ашенауэр, «уникальная способность RHIC сталкивать поляризованные протоны с тяжелыми ядрами дает единственную в мире возможность получить первое представление об орбитальном моменте глюонов внутри протона."Орбитальный момент описывает, как глюоны перемещаются внутри протона — характеристика, отличная от их спина, который больше аналогичен вращению вокруг внутренней оси. Таким образом, эти столкновения обеспечивают окно, через которое физики могут увидеть еще один возможный вклад в загадку спина протона.

«Мы делаем это, — объяснила она, — рассматривая образование редких частиц с дж / пси, которые образуются при слиянии двух глюонов. Если эти частицы появляются с предпочтением левого или правого направления относительно направления поляризации протонного пучка, это кое-что говорит о том, как глюоны двигались внутри протона."
Ученые RHIC также проведут улучшенные измерения «прямых фотонов», частиц света, которые возникают непосредственно в результате столкновений, без каких-либо взаимодействий с остальными частицами, созданными в результате столкновения частиц.

Эти частицы дают самое непосредственное представление об условиях, создаваемых в зоне столкновения, включая орбитальное движение кварков (в протон-протонных столкновениях) и роль глюонных полей (в столкновениях протонов с более крупными ядрами).
Модернизация детекторов

Многие из этих измерений станут возможными благодаря модернизации, разработанной специально для этой цели в двух сложных детекторах частиц RHIC, PHENIX и STAR. Например, STAR и PHENIX установили новые технологии детекторов, чтобы помочь анализировать частицы, возникающие в результате столкновений RHIC в прямом направлении — близко к направлению и вдоль направления луча.
«PHENIX расширил границы обнаружения фотонов с помощью компактного вольфрамово-кремниевого гибридного детектора под названием MPC-EX», — сказал заместитель официального представителя PHENIX Джон Ладжуа, профессор Университета штата Айова. «Этот детектор сочетает в себе высокую плотность вольфрама с прекрасным пространственным разрешением кремния для разделения очень близко расположенных частиц.

С помощью этого нового детектора PHENIX сможет отделять прямые фотоны от источников фона, которые в противном случае подавили бы сигнал."
STAR имеет преддушевой детектор, установленный перед передним мезонным спектрометром. «Это первая крупномасштабная реализация в RHIC с использованием кремниевых фотоумножителей нового поколения для обнаружения сцинтилляционного света, излучаемого пластиковыми сцинтилляторами, которые создают свет, когда заряженные частицы проходят через них», — сказал Данлоп. «Он заменяет технологию, похожую на вакуумные лампы, которая десятилетиями использовалась для точного обнаружения небольшого количества света.

Только недавно твердотельные технологии дошли до этого уровня ", — сказал он. Технология кремниевых фотоумножителей также может быть включена в будущую модернизацию PHENIX, которая еще больше расширит возможности RHIC.

«Все эти достижения коллайдера и его детекторов демонстрируют ценность RHIC как испытательного полигона для новых технологий, которые могут оказаться полезными для других коллайдеров и будущих исследовательских проектов в Брукхейвенской лаборатории и за ее пределами», — сказал Данлоп.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.