В Большом адронном коллайдере сталкивают не только протоны, но и целые ядра атомов. При ударе двух ядер на огромной скорости возникает крошечный объём раскалённой материи — настолько горячей, что протоны и нейтроны в нём плавятся и превращаются в «суп» из кварков и глюонов. Через этот суп, как через густую среду, продираются быстрые частицы.
Каждая такая частица теряет энергию, как пуля, летящая сквозь воду: чем больше пройденный путь, тем сильнее торможение. Физики из коллаборации CMS на Большом адронном коллайдере впервые измерили, как это торможение зависит от размера сталкивающихся ядер. Они сравнили столкновения ядер неона, кислорода, ксенона и свинца.
Потери энергии растут с размером ядра плавно, как если бы частица продиралась сквозь всё более длинный участок густого «супа». Простые модели, которые учитывают только начальное состояние ядер, не могут объяснить эти потери. А вот модели, где частица теряет энергию по пути, отлично описывают данные при высоких энергиях частиц.
Этот результат — ещё один шаг к пониманию свойств самой горячей материи, которую удаётся создать на Земле. Она напоминает ту среду, что заполняла Вселенную в первые микросекунды после Большого взрыва.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.21325
High-energy partons lose energy while propagating through the hot, strongly interacting medium produced in ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions, leading to a suppression of particle production at high transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$). The dependence of this energy loss on the size of the colliding nuclear system has yet to be firmly established experimentally. This Letter presents a systematic study of charged-particle suppression across four different nucleus-nucleus collision systems using nuclear modification factors ($$R_\mathrm{AA}$$) measured by the CMS Collaboration at the CERN LHC. Previous CMS measurements of $$R_\mathrm{AA}$$ in oxygen-oxygen, xenon-xenon, and lead-lead collisions are recast with identical $$p_\mathrm{T}$$ intervals and are complemented by the first measurement of the charged-particle $$R_\mathrm{AA}$$ in neon-neon collisions at $$\sqrt{s_\mathrm{NN}}$$ = 5.36 TeV. The neon-neon data correspond to an integrated luminosity of 0.76 nb$$^{-1}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ in all collision systems examined show similar qualitative trends as a function of $$p_\mathrm{T}$$, but have a magnitude which is ordered with the nucleon number A. The $$R_\mathrm{AA}$$ feature a downward slope at low $$p_\mathrm{T}$$, a local minimum at around 5$$-$$7 GeV, and an upward slope with increasing $$p_\mathrm{T}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ are also compared in terms of A$$^{1/3}$$, which is proportional to the nuclear radius. Models including only initial-state nuclear effects fail to reproduce the observed trends, whereas energy loss models reproduce the trends in the region $$p_\mathrm{T}$$ $$\gt$$ 9.6 GeV.
Ядро свинца в 208 раз тяжелее протона, но в столкновениях на Большом адронном коллайдере его разгоняют до 99,999999% скорости света.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня инопланетяне используют субатомные частицы для передачи сигналов — примерно такими же частицами физики «прощупывают» кварк-глюонную плазму.