在大型强子对撞机中几乎未命中 揭示了以胶子为主的质子的发生

堪萨斯大学实验核物理学家Daniel Tapia Takaki和Aleksandr(Sasha)Bylinkin的新发现刚刚发表在欧洲物理杂志C上。本文的重点是Compact Muon Solenoid的工作，这是大型强子对撞机的一项实验，旨在更好地了解胶子的行为。

胶子是基本粒子，负责将夸克和反夸克“胶合”在一起形成质子和中子 - 因此，胶子在宇宙中所有可见物质的约98%中起作用。

以前在退役的HERA电子 - 质子对撞机上进行的实验发现，当质子加速接近光速时，它们内部的胶子密度增加得非常快。

“在这些情况下，胶子分裂成具有较低能量的胶子对，这些胶子随后分裂，等等，”物理和天文学副教授Tapia Takaki说。“在某些时候，质子内部胶子的分裂达到了胶子倍增不再增加的极限。这种状态被称为'彩色玻璃凝聚物'，一种被认为存在于物质中的物质假设阶段。高能量的质子和以及在重核。”

KU研究员表示，他的团队最近在相对论重离子对撞机和LHC上的实验结果似乎证实了这种胶子 -支配状态的存在。他说，观察质子或重核中“胶子饱和度”所需的确切条件和精确能量尚不清楚。

“CMS实验结果非常令人兴奋，提供了有关质子中胶子动力学的新信息，”巴西佩洛塔斯联邦大学物理学教授Victor Goncalves说，他在KU工作，由巴西 - 美国教授联合提供Sociedade BrasileiradeFísica和美国物理学会。“数据告诉我们，为了深入研究以非线性QCD效应为主导的以胶子为主的区域，需要什么样的能量和偶极子尺寸。”

尽管大型强子对撞机上的实验并未直接研究质子与基本粒子(例如晚期HERA对撞机的基质粒子)的相互作用，但可以使用另一种方法来研究胶子饱和度。当加速的质子(或离子)彼此错过时，光子与质子(或离子)发生相互作用。这些近乎未命中被称为超外围碰撞(UPC)，因为光子相互作用主要发生在碰撞粒子彼此显着分离时。

堪萨斯大学的Daniel Tapia Takaki在大型强子对撞机的Compact Muon Solenoid工作。图片来源：Tapia Takaki

“质子或离子的电荷，当以超相对论速度加速时，将提供准真实光子源的想法并不新鲜，”Tapia Takaki说。“这是恩里科·费米在20世纪20年代末首次讨论过的。但它仅仅是自2000年代以来的RHIC对撞机以及最近在LHC实验中已经充分利用这种方法。”

Tapia Takaki的团队在大型强子对撞机的两个仪器上研究离子和质子的超外周碰撞，首先在ALICE Collaboration和最近的CMS探测器中发挥了重要作用。

“我们现在对欧洲核子研究中心大型强子对撞机的超外周重离子碰撞产生了大量有趣的结果，”该集团的副研究员Bylinkin说。“大多数结果都集中在矢量介子的集成横截面上，最近又使用射流测量并研究逐光散射。对于矢量介子生成的研究，我们现在正在进行系统测量，而不仅仅是探测我们对矢量介子生产中动量传递的能量依赖性研究特别感兴趣，因为在这里我们有一个独特的机会来确定胶子饱和度的开始。“

研究人员表示，这项工作具有重要意义，因为它是光子 - 质子相互作用能量和动量传递函数的第一个四个测量点的建立。

“以前在HERA的实验只有一点能量，”Tapia Takaki说。“对于我们最近的结果，能量的最低点约为35 GeV，最高点约为180 GeV。这听起来不是一个非常高的能量点，考虑到LHC最近的UPC测量的J / psi和Upsilon测量结果我们已经研究了高达1000s GeV的过程。这里的关键点是虽然我们的Rho0研究中的能量要低得多，但偶极子尺寸非常大。

根据团队成员的说法，为了更好地理解质子和中子的组成，许多问题在他们的研究方面仍未得到解答。

“我们知道在HERA对撞机上已经有非线性QCD效应的暗示，但是有很多理论问题尚未得到解决，例如胶子饱和度的开始，并且至少有两个主要的饱和度模型我们没有知道哪一个最接近大自然所说的质子，“贡萨尔维斯说。“我们使用了CMS合作的最新结果，并将它们与线性和非线性QCD启发模型进行了比较。我们第一次观察到CMS数据显示出与线性QCD模型的最高偏差能量点。“

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