В Большом адронном коллайдере сталкивают протоны с ядрами свинца. В момент удара рождаются сотни новых частиц, и некоторые из них вылетают узкими пучками — струями. Внутри такой струи, как в плотном потоке, протоны и нейтроны могут слипаться в более крупные ядра, например в дейтрон — ядро тяжёлого водорода.
Физики из коллаборации ALICE впервые измерили, сколько дейтронов и антидейтронов рождается внутри струй по сравнению с областями в стороне от них. Для этого они выбирали события с частицей-лидером, которая задавала направление струи, и смотрели, что происходит в трёх зонах: по направлению струи, в противоположной стороне и поперёк. Оказалось, что в струях дейтроны появляются заметно чаще, чем в фоновом потоке частиц. Этот эффект сильнее, чем в обычных протон-протонных столкновениях.
Результат сравнили с компьютерной моделью PYTHIA, которая описывает рождение частиц в столкновениях. Модель качественно воспроизводит усиленное образование дейтронов в струях, хотя и не во всех деталях. Это значит, что механизм слипания протонов и нейтронов внутри струй похож на обычные ядерные реакции, но в экстремальных условиях столкновений он работает иначе.
Такие измерения помогают понять, как из кварков и глюонов собираются ядра — от самых лёгких до тяжёлых. Это важно и для астрофизики: в космических лучах тоже рождаются дейтроны, и их происхождение до сих пор не до конца ясно.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.22880
This article presents the first measurement of the (anti)deuteron and antiproton transverse-momentum distributions, the deuteron coalescence parameter, and the ratio between the yields of deuteron and proton in and out of jets in p-Pb collisions at $$\sqrt{s_{\rm NN}} = 5.02$$ TeV. Three regions are used to study the jet-correlated production: Toward, Away, and Transverse to the jet axis, which direction is approximated by the leading particle in the event with $$p_{\rm T}^{\rm lead} > 5$$ GeV/$$c$$. The jet contribution is obtained from the Toward region by subtracting the underlying event, which dominates the Transverse region. In p-Pb collisions, an enhancement of the coalescence parameter $$B_{\rm 2}$$ is observed in jets compared to the underlying event. The enhancement is larger than the one observed in a similar analysis already in pp collisions. The results are compared with predictions from PYTHIA 8.314 using the Angantyr model with a deuteron production model based on ordinary nuclear reactions. The model is able to qualitatively reproduce the large enhancement of the coalescence parameter in jets with respect to the out-of-jets one. The results are further compared in detail with similar ones from previous studies for pp collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ TeV.
Дейтрон — единственное стабильное ядро, состоящее из двух разных частиц: протона и нейтрона. Все остальные ядра из двух частиц (дипротон, динейтрон) мгновенно разваливаются.