在质子碰撞中，更多的能量意味着更多的效果

在质子-质子或质子-核碰撞中，会产生二次粒子流，称为射流。其中一些喷头向侧面移动，但有些喷头保持靠近主喷头的运动方向。资源：潘·科科（IF.PAN）

粒子的碰撞能量越高，物理学就越有趣。来自克拉科夫的波兰科学院核物理研究所的科学家们发现了这一假设的进一步证实，这一次是质子与质子或铅原子核的高能碰撞。

当一个质子与另一个质子或原子核发生高能碰撞时，碰撞的结果是物理学家术语中称为“射流”的二次粒子流。这些射流中的一些向侧面延伸，但是有些射流保持靠近主射流的运动方向。碰撞过程的细节不仅取决于碰撞粒子的类型，还取决于许多其他因素，尤其是能量的大小。在Physics Letters B发表的研究中，来自克拉科夫的波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）的四名科学家组成的小组表明，在LHC加速器中获得的最高能量可以准确描述在质子与质子或铅核碰撞的过程中，需要考虑其他现象。

多年以来，LHC加速器（CERN，日内瓦）在ATLAS进行的实验已经记录了两个质子束或质子束与铅核束沿相反方向传播的碰撞。总部位于克拉科夫的研究人员仔细研究了有关高达5兆电子伏特（即数千亿eV）的高能碰撞的最新数据。从碰撞点出发的射流沿向前方向（即沿光束的原始方向）移动的情况应特别注意。

“原子核中发现的质子或中子都不是基本粒子。通常，它们由三个夸克组成，但这是一个极大的过度简化。实际上，每个质子或中子都是一个极富动态的实体，充满了不断沸腾的胶子海，即胶凝在一起的粒子。这种动力学有一个有趣的事实：根据其组成粒子（即partons）的行为，质子有时会密度更高，有时甚至更低。这解释了为什么我们发现与“前向”喷气机相撞的情况如此有趣。它们涉及一种质子被稀释或表现得像子弹，而另一质子则稠密或表现得像靶子的情况。 IFJ PAN博士Krzysztof Kutak解释说。

IFJ PAN的物理学家在他们的高能质子碰撞模型中考虑了两个先前已知的现象。第一个与以下事实有关：随着碰撞能量的增加，质子内部形成的胶子数量也增加。事实证明，此过程不会无限期地继续。在某一时刻，当碰撞能量足够大时，胶子太多，它们开始相互结合。然后在胶子生产过程及其重组之间建立了动态​​平衡。这种效应称为饱和度。

克拉科夫物理学家考虑的第二个因素是苏达科夫效应。这涉及这样的情况，其中所产生的射流的动量差的动量大于引发射流产生的部分的动量。这个看似矛盾的结果实际上是与碰撞所涉及的各部分之间的动量转移相关的量子效应的结果。结果，降低了产生背对背射流的可能性，并且提高了产生具有中等方位角的射流的可能性。

“饱和度和苏达科夫效应都已为人所知。但是，它们之间的相互作用没有得到解决。前向双射流生产中产生的极端条件促使我们考虑这两种影响，”安德烈亚斯·范·哈默伦（Andreas van Hameren）博士（IFJ PAN）说。“在仿真中通常会考虑到Sudakov效应。但是，一旦能量足够高，非线性效应就会开启，需要考虑饱和度。” Piotr Kotko博士（AGH IFJ PAN）说。

Sebastian Sapeta博士（IFJ PAN）对此声明进行了补充：“我们自己在较早的一篇论文中就考虑了Sudakov效应，但仅在某些射流沿“前进”方向运行而某些仍留在检测器中心区域的情况下，即相对于大角度散布的情况下到光束的方向。描述此类事件时，我们可以省略饱和度。

在他们最新的出版物中，基于克拉科夫的小组证明，为了使理论描述与实验数据一致，高能碰撞需要同时考虑这两种现象。本文是对在高能质子-质子和质子核（铅）高能碰撞中产生“前向”射流的第一个完整描述。目前，作者正在努力将拟议的形式主义扩展到与产生更多的射流和微粒的碰撞中。

这项研究由波兰国家科学中心的DEC-2017 / 27 / B / ST2 / 01985资助。

Henryk Niewodniczanski核物理研究所（IFJ PAN）目前是波兰科学院最大的研究所。IFJ PAN的广泛研究和活动包括基础研究和应用研究，范围从粒子物理学和天体物理学到强子物理学，高，中，低能核物理，凝聚态物理（包括材料工程），再到核物理方法在跨学科研究中的各种应用，涵盖医学物理学，剂量学，辐射与环境生物学，环境保护以及其他相关学科。IFJ PAN的平均年产量包括汤森路透（Thomson Reuters）发表的《期刊引证报告》（Journal Citation Reports）中的600多篇科学论文。该研究所的一部分是回旋加速器布鲁诺维采（CCB），这是中欧独有的基础设施，可用作医学和核物理领域的临床和研究中心。IFJ PAN是Marian SmoluchowskiKraków研究联盟的成员：“物质-能量-未来”在2012-2017年期间拥有领先的国家物理研究中心（KNOW）的地位。该研究所在科学和工程领域属于A +类（波兰领先水平）。

参考：“ Andreas van Hameren，Piotr Kotko，Krzysztof Kutak和√Sebastian Sapeta于2019年8月10日在物理字母
B.DOI：10.1016 / j.physletb.2019.06.055