ИРН AP09562078
Конкурс: ГФ по ННТП на 2021-23 гг. со сроком реализации 12 месяцев (МОН РК)
Тема: «Флуктуации начальной стадии и корреляции в распределениях вторичных частиц в релятивистских ядро-ядерных взаимодействиях»
Цель: Разработка методики разделения событий с динамическими и статистическими флуктуациями в распределения вторичных частиц во взаимодействиях релятивистских ядер в широком интервале изменения начальной стадии взаимодействия.
Актуальность: Новые экспериментальные результаты, полученные на Большом адронном коллайдере LHC (LargeHadronCollider) в Европейском центре ядерных исследований (CERN, Женева, Швейцария) и коллайдере RHIC (RelativisticHeavyIonCollider) в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL, NewYork, USA), а также недавно разработанные теоретические инструменты показывают, что в процессах взаимодействия ядер при высоких энергиях наблюдаются явления коллективной динамики, обычно связываемые c образованием кварк-глюонной плазмы (QGP). Кварк – фундаментальная частица в Стандартной модели, которая не наблюдается в свободном состоянии (явление конфайнмента). На гипотезе наличия кварков строится квантовая теория поля сильного взаимодействия – квантовая хромодинамика (КХД). С помощью гипотезы кварков хорошо описывают систематику элементарных частиц, классифицируют многочисленные экзотические адроны и их резонансы, а также хорошо объясняют многие физические эффекты: сечение столкновения адронов, формирования струй адронов при глубоко неупругих столкновениях двух адронов и другие. В состоянии кварк-глюонной плазмы кварки являются квазисвободными. Исследование коллективных потоков, из этого квазисвободного состояния, может помочь получить ценную информацию об этих фундаментальных частицах. Сложность идентификации формирования кварк-глюонной плазмы (КГП) связана главным образом с тем, что КГП образуется на большом фоне, обусловленном обычными процессами сильного взаимодействия. Начальное состояние, о котором обычно очень мало прямой экспериментальной информации, приводит к существенным флуктуациям в распределении вторичных частиц и фрагментов. В проекте проведено совместное исследование многочастичных корреляций методом Херста и пособытийный анализ псевдобыстротных флуктуаций с точки зрения поиска нестатистических кластеров вторичных частиц. Для этого анализа были использованы все типы зарегистрированных вторичных частиц, включая ливневые частицы, испускаемые из области взаимодействия, а также фрагменты ядра снаряда и ядра-мишени. Такие исследования позволили разработать критерии для отделения событий с динамическими флуктуациями от событий с флуктуациями, вызванными геометрией столкновения.
Руководитель: Лебедев Игорь Александрович - д.ф.м.н., заведующий лабораторией, Scopus ID 35986742800, WoS Q-5050-2018, Google Scholar https://scholar.google.com/citations?hl=ru&user=Dd_Ihj8AAAAJ, Orcid https://orcid.org/0000-0002-7562-9925, Publons https://publons.com/researcher/1868268/igor-lebedev/
Исполнители:
1. Дмитриева Елена Анатольевна - к.ф.м.н., ведущий научный сотрудник ФТИ, Scopus ID 57196932903, WoS S-1753-2017, Orcid https://orcid.org/0000-0002-1280-2559, Google Scholar https://scholar.google.com/citations?hl=ru&user=G_cbNj4AAAAJ, Publons https://publons.com/researcher/2026424/yelena-dmitriyeva/
2. Ибраимова Саера – инженер ФТИ, Scopus ID 56294053100, Orcid https://orcid.org/0000-0002-6652-9252, Google Scholar https://scholar.google.com/citations?hl=ru&user=OkE2sm0AAAAJ
Краткий отчет и достигнутые результаты
По результатам проекта разработаны критерии оценки степени центральности (периферичности) взаимодействия, а также методика разделения событий с динамическими и статистическими флуктуациями в распределения вторичных частиц во взаимодействиях релятивистских ядер.
Анализ был проведен с данными, полученными с помощью трекового детектора – ядерной эмульсии. Стопки эмульсий NIKFI BR-2 подвергались облучению пучком 197Au с энергией 10.7 A ГэВ на синхротроне BNL.
На основе анализа поведения показателя Херста все события были разделены на 4 типа: каскадно-испарительного, струйного, взрывного и смешанного.
События различных типов имеют существенные отличия в среднем псевдобыстротном распределении вторичных частиц. Полное распределение представляет собой несимметричный тип, напоминающий наложение двух распределений со средними значениями в районе <h > ~ 2.35 и <h > ~ 2.85. Основной вклад в пик с <h > ~ 2.35 дают события взрывного типа, а в пик <h > ~ 2.85 дают события смешанного типа.
На основе пособытийного анализа установлено, что события различных типов имеют существенные отличия в псевдобыстротном распределении вторичных частиц. Псевдобыстротные распределения событий с <h > = 2.3¸2.4 имеют гауссоподобную структуру. События со значением средней псевдобыстроты в интервале от 2.8 до 2.9 имеют более сложную структуру. Кроме группы частиц, вылетающих с псевдобыстротой h ~ 2.35, обнаруживается значительная группа частиц в этом же событии, вылетающая с очень большими значениями h ~ 4. Причем в некоторых событиях распределение вообще напоминает двухгорбовое распределение.
Обнаруженные особенности средних псевдобыстротных распределений во взаимодействиях тяжелых ядер золота с ядрами фотоэмульсии, не проявляются во взаимодействиях легких и средних ядер с ядрами фотоэмульсии.
Предложенные методы позволяют классифицировать корреляции в распределениях вторичных частиц, связав флуктуации множественности вторичных частиц и числа спектаторных фрагментов налетающего ядра и ядра мишени с флуктуациями начальных параметров взаимодействия (степени центральности взаимодействия и степени асимметрии взаимодействующих ядер).
Полученные результаты позволяют отделить события с динамическими флуктуациями, от событий с флуктуациями, вызванными особенностями начальной стадии взаимодействия.
Результаты были доложены в Международных конференциях и опубликованы:
1 Федосимова А.И., Лебедев И.А., Ибраимова С.А., Дмитриева Е.А., Бондарь Е.А. Коллективное образование вторичных частиц во взаимодействиях асимметричных ядер // III International Scientific Forum «Nuclear science and technologies». – Алматы. – 2021. – C.65. https://inp.kz/wp-content/uploads/2021/09/%D0%A1%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA_%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%B2_1909.pdf
2 Fedosimova A.I. Influence of the initial conditions of interaction on the development of a cascade process // The XXV International Scientific Conference of Young Scientists and Specialists. – Almaty. – 2021. – Id.888. https://indico.jinr.ru/event/2338/contributions/14213/
3 Ibraimova S. Assessing the centrality degree of relativistic nucleus-nucleus interactions // The XXV International Scientific Conference of Young Scientists and Specialists. – Almaty. – 2021. – Id.890. https://indico.jinr.ru/event/2338/contributions/14214/
4 Федосимова А.И., Лебедев И.А., Ибраимова С.А., Дмитриева Е.А., Бондарь Е.А. Особенности распределения событий по множественности вторичных частиц в зависимости от энергии столкновения и ассиметричности сталкивающихся релятивистских ядер // Вестник КазНУ, Серия Физическая (ВКФ), [S.l.], v. 78, n. 3, p. 80-87, 2021. ISSN 2663-2276. – 2021. https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/1403
5 Lebedev I., Fedosimova A., Dmitrieva E., Bondar E., Ibraimova S. Signal-to-noise ratio enhancement by accumulation of signal and noise along the spectrum // Fluctuation and Noise Letters. – 2021. – N. FNL-D-21-00040R1, Scopus: Q1, процентиль 81, https://doi.org/10.1142/S021947752250016X