Детектор CMS Большого адронного коллайдера зарегистрировал неожиданный корреляционный эффект

При изучении результатов протон-протонных столкновений на энергии в 7 ТэВ, проводимых на Большом адронном коллайдере (БАКе), сотрудники коллаборации CMS отметили новый эффект двухчастичных корреляций.

Детектор CMS (Compact Muon Solenoid) входит в число четырёх основных детекторов БАКа. Заявленные цели этого эксперимента вполне традиционны: физики планируют выполнять рутинные исследования столкновений протонов с тераэлектронвольтовыми энергиями, искать эффекты, выходящие за рамки Стандартной модели, и собирать свидетельства существования бозона Хиггса.

Сейчас, когда коллайдер работает на половинной мощности, учёные занялись угловыми двухчастичными корреляциями. В такого рода исследованиях сравниваются между собой направления движения заряженных частиц, образующихся при столкновениях. Авторов интересовали величины Δη и Δφ: первая (различие в псевдобыстроте — величине, показывающей, насколько частица отходит от оси пучка) представляет собой меру расхождения треков частиц в продольной плоскости, а вторая — различие в азимутальном угле — характеризует расхождение в поперечной плоскости.

По результатам измерений для пар частиц была вычислена корреляционная функция R, определяемая следующим образом:

R(Δη, Δφ) = <(N – 1)•(SN(Δη, Δφ)/ВN(Δη, Δφ) - 1)>N.

Здесь N — число треков, реконструированных для каждого события, SN отвечает за сигнал, а ВN — за фон. Фоновое распределение исследователи создали путём объединения в пáры частиц из разных событий, выбранных случайным образом.

Неожиданный эффект проявился в столкновениях, прождавших значительное число (более сотни) частиц. Как можно заметить, при N > 110 на показанном ниже графике R(Δη, Δφ) выделяется небольшой протяжённый «хребет» в области Δφ ~ 0. Следовательно, частицы в некоторых пáрах, удаляясь от точки столкновения на больших Δη, ориентируются под одним и тем же углом φ — оказываются «связаны» друг с другом.

Ранее ничего подобного в случае протон-протонных столкновений не наблюдалось, и давать объяснение этому явлению физики не спешат. Стоит заметить, что схожие результаты были получены в Брукхэвенской национальной лаборатории на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов, где корреляции посчитали следствием образования кварк-глюонной плазмы.

«Если мы хотим разобраться в этом, нам нужно набирать статистику», — резюмирует представитель коллаборации CMS Гвидо Тонелли (Guido Tonelli).

Моделирование столкновения протонов на энергии в 7 ТэВ, регистрируемого детектором CMS:

Отчёт исследователей будет опубликован в издании Journal of High Energy Physics. Полный текст статьи можно скачать отсюда, а её значительно сокращённый вариант размещён здесь.

Подготовлено по материалам коллаборации CMS.