Три протона впервые засекли вместе экспресс
Три бильярдных шара после удара разлетаются по столу — их траектории зависят только от начального толчка. Но в мире атомных ядер всё сложнее: частицы чувствуют друг друга на ходу, даже если не связаны в одно целое. Долгое время физики умели измерять только парные взаимодействия, а что происходит, когда встречаются трое, оставалось за кадром.
В эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере столкнули протоны на энергии 13,6 ТэВ и впервые выделили сигнал от трёх протонов, рождённых вместе. Для этого применили новый метод очистки данных, похожий на выделение разговора трёх конкретных людей из шума толпы. Измеренная корреляционная функция показала: ядерное взаимодействие работает даже при больших угловых моментах и чётности, создавая эффективное притяжение на дальних дистанциях.
Результат превращает трёхчастичную фемтоскопию в полноценный инструмент для исследования трёхчастичных сил. А поскольку на современных коллайдерах рождается много гиперонов (частиц со странным кварком), метод можно распространить на системы с участием странности. Появляется шанс заглянуть в трёхчастичную динамику там, где раньше были лишь догадки.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.05708v1
Scattering experiments have long been the gold standard for constraining hadron$$-$$hadron interactions, providing direct information on the angular momentum and spin dependence over a wide range of kinematic configurations. However, experimental constraints on three-body dynamics remain limited, specifically for unbound systems and systems involving short-lived hadrons. In this work, the three-proton correlation function is measured in pp collisions at $$\sqrt{s}=13.6$$ TeV with ALICE at the LHC and presented as a novel approach to access hadronic interactions in three-body systems. A new analysis strategy is employed to isolate the p$$-$$p$$-$$p contribution to the correlation function by correcting for background channels and experimental effects, and enabling a direct comparison with state-of-the-art three-body continuum calculations. The extracted correlation function provides the first direct access to the isospin $$3/2$$ three-body system. The measured observable is found to be sensitive to the partial-wave structure of the nucleon$$-$$nucleon interaction and indicates that the nuclear interaction acts even at high angular momentum and parity states of the three-body system, revealing an effective long-range attractive component, observed experimentally for the first time in a three-proton continuum system. Hence, three-hadron femtoscopy emerges as an effective 3$$\rightarrow$$3 scattering experiment with three unbound hadrons in initial and final states. The copious production of hyperons at the modern high-energy colliders ensures the possibility of extending such measurements beyond nucleons, opening a new avenue for future precision studies of three-body dynamics in the strangeness sector.
Три протона, изученные в эксперименте, никогда не были частью одного ядра — они родились в столкновении и существовали как свободная тройка лишь мгновение.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня хаотическое движение трёх звёзд делает планету непригодной для жизни — но в квантовом мире тройки частиц могут проявлять неожиданную упорядоченность.