מערכות גרעיניות של שלושה גופים מהוות מפתח להיבטים רבים של הפיזיקה הגרעינית המודרנית, כמו הבנת משוואת המצב של חומר גרעיני בצפיפות גבוהה והרכב ליבות כוכבי נויטרונים. בפרט, פיזור נתונים מדוטרונים (זוגות פרוטון-נויטרונים קשורים) והדרונים מציעים מרכיבים חשובים להגבלת פרמטרים של אינטראקציות גרעיניות. פיזיקאים עם השיתוף פעולה של ALICEהראו שניתן לחקור תגובות גרעיניות כאלה של שלושה גופים באמצעות מתאמי הארון-דאוטרון במרחב המומנטום במאיץ ההדרון הגדול (LHC) של CERN.
המחשה של האינטראקציה החזקה במערכת הפרוטונים-דאוטרונים שנוצרת בהתנגשויות פרוטון-פרוטונים במאיץ ההדרונים הגדול של CERN. קרדיט תמונה: ALICE / CERN.
כוח בסיסי מתואר בדרך כלל כאינטראקציה בין שני עצמים. הרחבת זאת למערכות מסובכות יותר אינה תמיד טריוויאלית.
התיאור של מערכות תלת-הדרונים המקיימות אינטראקציה חזקה הוא המפתח להבנת תופעות רבות בפיזיקה הגרעינית המודרנית, כמו מבנה הגרעינים, תכונות של חומר גרעיני בצפיפות גבוהה והרכב ליבות כוכבי נויטרונים.
התנגשויות פרוטון-פרוטון ב-LHC מייצרות מספר רב של חלקיקים הנפלטים קרוב מאוד זה לזה, במרחקים של כ-10-15m (פמטומטר).
מעניין לחקור אם הם משפיעים זה על זה בצורה כלשהי לפני שהם מתיזים לכל הכיוונים.
אם שני חלקיקים מיוצרים קרוב זה לזה ועם מומנט וכיוון דומים, הזוג יכול להיות נתון לסטטיסטיקה קוונטית,כוח קולומבואינטראקציה חזקה.
אם אחד מהזוגים הוא דוירון, אז מערכת עם דויטר והדרון אחר, כמו פרוטון או קאון, היא למעשה מערכת של שלושה גופים.
לפיכך, מדידת המתאמים בין דאוטרונים לקאונים או פרוטונים צפויה לחשוף את האינטראקציות של מערכות תלת-גוף.
שיתוף הפעולה של ALICE מנצל את יכולות זיהוי החלקיקים המצוינות שלו כדי לחקור את המתאמים הללו בהתנגשויות פרוטון-פרוטונים בריבוי גבוה באנרגיה של מרכז מסה של 13 TeV.
התוצאה היא פונקציית מתאם המודדת כיצד ההסתברות למצוא שני חלקיקים בעלי מומנט יחסי מסוים שונה ממה שהיה צפוי אם המומנט שלהם היה בלתי תלוי לחלוטין או לא מתאם.
בהיעדר מתאם, ערך הפונקציה הוא אחדות.
ערך מעל אחד מצביע על אינטראקציה מושכת, בעוד שערך מתחת לאחד מציין אינטראקציה דוחה.
פונקציות המתאם עבור מערכות הקאאון-דאוטרון והפרוטון-דאוטרון הן מתחת לאחדות עבור מומנט רוחבי יחסי נמוך, מה שמצביע על אינטראקציה דוחה כוללת.
ניתוח המתאם של קאון-דאוטרון מראה שהמרחקים היחסיים שבהם מיוצרים דיוטרונים ופרוטונים או קאונים הם די קטנים, בסביבות 2 fm.
המתאמים של קאון-דויטר מתוארים היטב עם מודל דו-גופני יעיל המשלב גם את האינטראקציה של קולומב וגם את האינטראקציה החזקה בין הקאון לדיוטרון.
לעומת זאת, אותה גישה יעילה של שני גופים לא מצליחה לתאר את מתאמי הפרוטון-דאוטרון, מה שמצריך חישוב מלא של שלושה גופים המסביר את מבנה הדאוטרון.
תיאור נתונים מצוין מושג באמצעות חישובים תיאורטיים המסבירים אינטראקציות חזקות של שני ושלושה גופים.
זה מדגים את הרגישות של פונקציית המתאם לדינמיקה קצרת הטווח של מערכת שלושת הגרעינים.
מדידות המתאם במרחקים קצרים מהוות שיטה חדשנית לחקר מערכות תלת-גוף ב-LHC, עם פוטנציאל להרחיב מחקרים כאלה להדרונים אחרים.
"התוצאה שלנו מבססת שיטה ניסיונית חדשה לחקור את הדינמיקה והכוחות של מערכות גרעיניות של שלושה גופים בדיוק", אמרו הפיזיקאים.
"אכן, לאור הייצור הרב של חלקיקי קסם מוזרים בהתנגשויות גרעיניות ב-LHC, השיטה המוצגת מכינה את הבמה לחקר כוחות שלושה גופים במערכות עם מוזרות וקסם בצורה ישירה".
שֶׁלָהֶםנְיָרפורסם בכתב העתסקירה פיזית X.
_____
ש' אחריהet al. (שיתוף פעולה של ALICE). 2024. חקר האינטראקציה החזקה של מערכות תלת-גוף ב-LHC.פיזי. הכומר X14 (3): 031051; doi: 10.1103/PhysRevX.14.031051
