Измерено последовательное разрушение мезонов в кварк-глюонной плазме

Один из способов изучать кварк-глюонную плазму, возникающую при столкновении тяжелых ядер сверхвысокой энергии, состоит в том, чтобы измерить вероятности рождения тех или иных адронов по сравнению с протон-протонными столкновениями. Дело в том, что свойства и даже само существование адронов зависит от среды, в которой они находятся. Например, в вакууме b-кварк-антикварковые пары легко связываются друг с другом и образуют семейство ипсилон-мезонов. Однако если эта кварк-антикварковая пара находится внутри достаточно горячей кварк-глюонной плазмы, то такие мезоны могут и не образоваться. При этом температура, при которой происходит разрушение мезонов, зависит от того, насколько эти мезоны «крепко спаяны»: чем компактнее мезон, тем труднее его разрушить.

Этот эффект был подробно объяснен в нашей прошлогодней новости Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме. Поводом для нее тогда послужила публикация коллаборации CMS, в которой этот эффект был впервые измерен в семействе ипсилон-частиц. Было найдено, что возбужденные состояния, то есть Υ(2S) и Υ(3S), взятые вместе, разрушались сильнее, чем основное состояние, Υ(1S).

На днях коллаборация CMS существенно уточнила эти измерения (см. статью arXiv:1208.2826). Новые результаты базируются на статистике ядерных столкновений в 2011 году, которая в 20 раз превышает прошлогодний объем данных. Поэтому в этот раз удалось не только провести более аккуратные измерения, но и разделить два вида возбужденных мезонов.

Результат коллаборации удобно выразить в виде величины RAA, которая показывает вероятность рождения данной частицы в ядерных столкновениях, поделенную на вероятность ее же рождения в протон-протонных столкновениях с тем же самым количеством нуклонов, что имеются в ядрах. В случае, если бы эта величина равнялась единице, это означало бы, что наличие кварк-глюонной плазмы никак не влияет на образование и вылет мезонов.

Для трех ипсилон-мезонов были получены следующие значения RAA: 0,56 ± 0,10 для Υ(1S), 0,12 ± 0,04 для Υ(2S), и < 0,10 для Υ(3S). Таким образом, кварк-глюонная плазма мешает образованию всех трех типов частиц. Но если для основного состояние это влияние умеренно сильное (подавление примерно в два раза), то «выход» состояния Υ(2S) в ядерных столкновениях подавлен аж в 8 раз, а наличие Υ(3S) вообще достоверно не зарегистрировано (подавление как минимум в 10 раз). Эти данные позволяют сделать четкий вывод о «последовательном» разрушении ипсилон-мезонов в кварк-глюонной плазме: Υ(3S) разваливаются легче, чем Υ(2S), а те, в свою очередь, легче, чем Υ(1S).

Хотя в целом такая картина была вполне ожидаема, прямые измерения этого последовательного разрушения мезонов позволят еще лучше охарактеризовать свойства кварк-глюонной плазмы.