Физики ошибались: ядра кислорода и неона ведут себя иначе, чем предсказывали модели

Большой адронный коллайдер часто воспринимают как инструмент для изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска новых частиц. Но ушедший на обновление ускоритель продолжает приносить данные о таких привычных объектах, как атомные ядра. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, показывает, что наши представления о форме и поведении ядер кислорода и неона нуждаются в пересмотре.

Как изучают форму ядра?

Когда-то ученые считали, что атом похож на «пирог с изюмом», позже перешли к планетарной модели, а затем и к облакам вероятностей. Но эксперименты на БАК показывают, что реальные ядра не всегда сферические. При столкновениях ядер образуется кварк-глюонная плазма — особое состояние материи, которое ведет себя как жидкость. Направление потоков частиц позволяет физикам вычислить геометрию столкновения, а значит, и форму ядер.

В новом исследовании физики из коллаборации CMS обработали данные столкновений кислород-кислород и неон-неон с энергией 5,36 тераэлектронвольт на пару нуклонов. Они сравнили результаты с гидродинамическими симуляциями, которые учитывали современные расчеты структуры ядер. Ожидалось, что близкие по массе ядра кислорода-16 и неона-20 будут демонстрировать похожее поведение, а различия в потоках укажут на разницу в строении.

Неожиданные результаты

Предыдущие модели предполагали, что ядро кислорода-16 похоже на тетраэдр, а неона-20 — на кеглю для боулинга. Эксперимент подтвердил, что неон дает более сильный эллиптический поток, что соответствует менее округлой форме. Однако треугольный поток, который также наблюдался, не совпал с расчетами ни для одной из моделей.

«Эксперименты с использованием одинаковых легких ионов предоставляют хороший контроль над первичной геометрией столкновения, — отмечают авторы. — Симметричное столкновение легких ионов идеально для исследования коллективного отклика в малых системах».

Однако ни одна из использованных моделей не смогла точно описать все наблюдаемые потоки. Это может означать, что форма ядер не такая, как ожидалось. Возможно, ядра существуют в иной конфигурации, чем предполагают теоретики. Физики подчеркивают, что анализ потоков частиц позволяет говорить о структуре ядер, но для точных выводов необходимы дальнейшие исследования и развитие теории.

Открытие ставит под сомнение не только форму конкретных ядер, но и общие подходы к моделированию ядерных столкновений. Возможно, в будущем это приведет к уточнению наших представлений о строении материи.