Fizycy z eksperymentu LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zaobserwowali dowody na to, że „koalescencja kwarków” odgrywa rolę w ewolucji kwarków w hadrony po zderzeniach protonów. Zjawisko to, zaproponowane pierwotnie w latach 80., polega na łączeniu się istniejących kwarków o nakładających się funkcjach falowych w miejsce tworzenia nowych kwarków. Koalescencja jest najbardziej wyraźna przy niskich pędach poprzecznych i stopniowo zanika, gdy kwarki szybko uciekają z punktu zderzenia.
Kwarki to cząstki, które składają się na protony i neutrony w jądrach atomowych oraz na liczne inne hadrony odczuwające oddziaływanie silne. Jedną z ich najdziwniejszych cech jest to, że nigdy nie można ich obserwować w izolacji. Główną przyczyną jest to, że w przeciwieństwie do grawitacji, elektromagnetyzmu i oddziaływania słabego, których siła maleje wraz z odległością, efekt oddziaływania silnego wzrasta, gdy związane kwarki oddalają się od siebie. Jeśli kwarki znajdą się wystarczająco daleko od siebie, pole gluonowe, które pośredniczy w oddziaływaniu silnym, zawiera wystarczająco dużo energii, aby stworzyć pary cząstka-antycząstka. Te wiążą się z pierwotnymi kwarkami, tworząc nowe związane cząstki, które mogą być mezonami (kombinacje jednego kwarka i jednego antykwarka) lub barionami (składającymi się z trzech kwarków). Ten proces nazywany jest fragmentacją.
Eksperymenty z zderzeniami ciężkich jonów sugerują, że to nie cała historia. Fizycy wierzą, że kwarki mogą także łączyć się w gęstej plazmie kwarkowo-gluonowej, utworzonej przez zderzenie tych dużych cząstek, w procesie zwany koalescencją.
W nowych badaniach zespół LHCb badał produkcję kwarków b w zderzeniach proton-proton. Czasami nazywany kwarkiem dolnym lub pięknym, kwark b jest drugim pod względem masy kwarkiem w Standardowym Modelu fizyki cząstek. Produkcja kwarków b prawie na pewno prowadzi do utworzenia albo barionu lambda b, albo mezonu B0, które oba zawierają kwark b. Stosunek produkcji tych dwóch został szeroko zbadany w eksperymentach, w których kwark b jest wytwarzany przez zderzenia elektron-pozyton – proces, który może prowadzić tylko do fragmentacji.
Jednakże, gdy pędy poprzeczne spadły i liczba innych cząstek wykrytych jednocześnie wzrosła, proporcja barionów stopniowo wzrosła w stosunku do proporcji mezonów. To, według badaczy, było wyraźnym dowodem, że w tych zderzeniach działa inny proces, który z większym prawdopodobieństwem produkuje bariony. Badacze zakładają, że w tym scenariuszu kwark b jest otoczony przez inne kwarki, ale staje się coraz mniej faworyzowany, gdy wyprodukowany kwark jest bardziej oddzielony od innych cząstek.
Badanie to zostało opisane w Physical Review Letters i stanowi ważny krok w zrozumieniu tworzenia się materii na poziomie kwarków.
Źródło: Byte
