Jak kaon z deutronem. Nowe wyniki eksperymentu ALICE
Jak silnie kaony oddziałują z nukleonami? Odpowiedź na to pytanie może pomóc lepiej zrozumieć jedną z podstawowych teorii opisujących świat cząstek elementarnych – chromodynamikę kwantową (QCD). Ważny krok w tym kierunku wykonał zespół badaczy skupionych wokół eksperymentu ALICE, przeprowadzając pierwsze bezpośrednie pomiary parametrów opisujących silne oddziaływanie kaonów z deuteronem.
Kaony to cząstki zbudowane z kwarku i antykwarku, z których jeden jest kwarkiem dziwnym. Deuteron, czyli jądro ciężkiego wodoru, składa się natomiast z protonu i neutronu. Badanie oddziaływania kaonów z deuteronem dostarcza cennych informacji o siłach działających między kaonami a nukleonami. Jest to szczególnie istotne, ponieważ bezpośredni pomiar oddziaływania kaonu z neutronem jest bardzo trudny ze względu na brak jego ładunku elektrycznego.
Naukowcy wykorzystali technikę femtoskopii, która pozwala badać oddziaływania między cząstkami na podstawie ich korelacji, gdy powstają w niewielkiej odległości od siebie. Analizie poddano dane zebrane przez detektor ALICE podczas zderzeń jąder ołowiu w Wielkim Zderzaczu Hadronów w ośrodku CERN. Łącznie wykorzystano 337 milionów zderzeń przy energii 5,02 TeV.
Po raz pierwszy eksperymentalnie wyznaczono parametry rozpraszania dla układów kaon–deuteron, zarówno dla ujemnie, jak i dla dodatnio naładowanych kaonów. Uzyskane wyniki są w większości zgodne z wcześniejszymi przewidywaniami teoretycznymi i stanowią ważny punkt odniesienia dla dalszych badań.
Uzyskane wyniki otwierają nowe możliwości weryfikacji modeli teoretycznych opisujących oddziaływania silne. Dostarcza również informacji istotnych dla zrozumienia zachowania antykaonów w materii bogatej w neutrony, a w szerszej perspektywie – właściwości gęstej materii jądrowej, występującej między innymi we wnętrzach gwiazd neutronowych.
Badania były częścią pracy doktorskiej zrealizowanej na Wydziale Fizyki Politechniki Warszawskiej przez dr inż. Wioletę Rzęsę, obecnie odbywającą staż podoktorski na Uniwersytecie Technicznym w Monachium. Autorka poświęciła swoją pracę femtoskopii cząstek dziwnych i deuteronów, w tym mechanizmów produkcji lekkich jonów/deuteronów oraz oddziaływań wielociałowych. Praca powstała pod opieką dr. hab. inż. Georgy'ego Kornakova i prof. Adama Kisiela.
