Evidence for J/ suppression in incoherent photonuclear production
ALICE सहयोग द्वारा TeV पर लेड आयनों से इनकोहेरेंट J/ फोटोप्रोडक्शन के मापन से बड़े संवेग स्थानांतरण () पर कम की तुलना में ऊर्जा-निर्भर दमन का पता चलता है, जो हैड्रॉन के भीतर उप-न्यूक्लिओनिक ग्लूऑन सैचुरेशन संरचनाओं का प्रमाण प्रदान करता है।
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प्रत्येक परमाणु के हृदय के भीतर, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन ठोस, अपरिवर्तनीय गोले नहीं हैं। इसके बजाय, वे क्वार्क्स नामक और भी छोटे कणों के हलचल भरे शहर हैं, जो ग्लुऑन (gluons) कहलाने वाले कणों द्वारा ले जाए जाने वाले बल से जुड़े होते हैं। उच्चतम ऊर्जाओं पर, ये ग्लुऑन केवल स्थिर नहीं रहते; वे लगातार नए जोड़ों में विभाजित होते हैं और एक-दूसरे के साथ पुनर्संयोजित होते हैं। जब ऊर्जा पर्याप्त होती है, तो यह गतिविधि 'संतृप्ति' (saturation) नामक एक संतुलन की स्थिति तक पहुँच जाती है, जहाँ ग्लुऑन इतने घने हो जाते हैं कि वे एक-दूसरे को बाहर धकेलने लगते हैं, जिससे उनकी संख्या अनिश्चित रूप से बढ़ने से रुक जाती है। इस संतृप्ति को समझना भौतिकविदों के लिए एक प्रमुख लक्ष्य है क्योंकि यह प्रकट करता है कि चरम स्थितियों के तहत पदार्थ कैसे व्यवहार करता है, जो बिग बैंग के ठीक बाद के ब्रह्मांड की स्थिति के समान है। इसे देखने के लिए, वैज्ञानिकों को प्रोटॉन और उसके द्वारा बनाए गए बड़े नाभिक (nuclei) के भीतर देखने का एक तरीका चाहिए, जिससे यह मानचित्रण किया जा सके कि ग्लुऑन कहाँ हैं और वे कैसे व्यवस्थित हैं।
लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (Large Hadron Collider) के एक शोधकर्ता ने, जिसे एलिस (ALICE) सहयोग के रूप में जाना जाता है, भारी परमाणु नाभिकों के साथ प्रकाश की परस्पर क्रिया का अध्ययन करके इस लक्ष्य की ओर एक नया कदम उठाया है। उन्होंने एक विशिष्ट घटना पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ प्रकाश का एक कण, या फोटॉन, एक लेड (सीसा) नाभिक से टकराता है और J/psi नामक एक भारी कण में बदल जाता है। यह रूपांतरण तब होता है जब फोटॉन क्षण भर के लिए चारम क्वार्क्स (charm quarks) के एक जोड़े में बदल जाता है, जो फिर J/psi कण में वापस बसने से पहले लेड नाभिक के भीतर ग्लुऑनों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। विभिन्न ऊर्जाओं पर यह कितनी बार होता है और अलग-अलग कोणों पर यह कण कितनी तीव्रता से उछलता है, इसे मापकर, टीम ने अविश्वसनीय सटीकता के साथ नाभिक की आंतरिक संरचना की जांच की। उछाल का कोण उन्हें उन संरचनाओं के आकार के बारे में बताता है जिनसे वे टकरा रहे हैं, ठीक वैसे ही जैसे छाया का आकार उस वस्तु के आकार को प्रकट करता है जिसने छाया डाली है।
शोधकर्ता ने लेड आयनों के बीच होने वाले टकरावों के डेटा का विश्लेषण किया, विशेष रूप से उन मामलों पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ फोटॉन ने पूरे नाभिक के बजाय लेड नाभिक के भीतर एक एकल न्यूक्लियॉन (nucleon) से प्रहार किया। यह "इनकोहेरेंट" (incoherent) परस्पर क्रिया महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वैज्ञानिक को व्यक्तिगत निर्माण खंडों और उनके उतार-चढ़ाव को देखने की अनुमति देती है। उन्होंने J/psi कण के उत्पादन को ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला में मापा और परिणामों को कण के विक्षेपण (deflection) की तीक्ष्णता के आधार पर तीन समूहों में वर्गीकृत किया। पहला समूह बड़े, विसरित (diffuse) संरचनाओं के साथ होने वाली परस्पर क्रियाओं का प्रतिनिधित्व करता था, जबकि तीसरा समूह नाभिक के भीतर बहुत छोटी, घनी संरचनाओं के साथ होने वाली परस्पर क्रियाओं का प्रतिनिधित्व करता था। यह देखने के लिए कि ऊर्जा बढ़ने के साथ इन घटनाओं की दर कैसे बदली, शोधकर्ता ने एक आश्चर्यजनक पैटर्न की खोज की।
कम ऊर्जा पर और बड़ी संरचनाओं को देखते समय, J/psi कणों का उत्पादन ऊर्जा बढ़ने के साथ लगातार बढ़ता गया, जैसा कि मानक सिद्धांत भविष्यवाणी करते हैं। हालाँकि, जब शोधकर्ता ने नाभिक के भीतर सबसे छोटी संरचनाओं को देखा, तो कहानी बदल गई। जैसे-जैसे ऊर्जा अपने उच्चतम स्तर तक पहुँची, इन कणों के उत्पादन की दर रुक गई और सपाट होने लगी। यह इंगित करता है कि इन सूक्ष्म पैमानों पर ग्लुऑन के घनत्व का विकास बाधित हो रहा है। डेटा ने दिखाया कि उच्चतम मापी गई ऊर्जा पर, इन सबसे छोटी संरचनाओं के लिए उत्पादन दर उस स्तर से लगभग आधी थी, जिसकी अपेक्षा तब की जाती यदि वृद्धि अनियंत्रित रूप से जारी रहती, और यह अंतर सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण है और संयोग मात्र होने की संभावना नहीं है।
यह खोज इस बात को स्पष्ट करती है कि भारी नाभिकों के भीतर ग्लुऑन कैसे व्यवहार करते हैं, इससे संबंधित दो प्रतिस्पर्धी विचारों के बीच। एक विचार सुझाव देता है कि यह दमन कई न्यूक्लियऑन्स के कारण होने वाले प्रकीर्णन (scattering) से होता है जो संकेत को धुंधला कर देता है, जिसे 'शैडोइंग' (shadowing) नामक घटना कहा जाता है। दूसरा विचार सुझाव देता है कि ग्लुऑन स्वयं एक ऐसी सीमा तक पहुँच रहे हैं जहाँ वे और अधिक सघन नहीं हो सकते, जो कि 'संतृप्ति' (saturation) की स्थिति है। नए माप दर्शाते हैं कि शैडोइंग मॉडल, हालांकि अन्य प्रकार की परस्पर क्रियाओं का वर्णन करने में सफल है, यह समझाने में विफल रहता है कि विकास इन विशिष्ट छोटे पैमानों पर क्यों रुक गया। इसके बजाय, दमन का पैटर्न उन मॉडलों के बहुत करीब है जो ग्लुऑन संतृप्ति की भविष्यवाणी करते हैं, जहाँ ग्लुऑन प्रभावी रूप से गुणा होने के लिए जगह खत्म होने की स्थिति में पहुँच जाते हैं।
यह अध्ययन इस बात का दावा नहीं करता कि इसने स्ट्रॉन्ग फोर्स (strong force) के संपूर्ण रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह भारी नाभिकों में संतृप्ति के एक वास्तविक और मापने योग्य प्रभाव के प्रमाण प्रदान करता है। यह दिखाकर कि नाभिक के भीतर देखी जा रही संरचनाओं के आकार के आधार पर नाभिक का व्यवहार बदल जाता है, शोधकर्ता ने पदार्थ के भीतर गतिशील संतुलन की एक स्पष्ट तस्वीर पेश की है। परिणाम बताते हैं कि जैसे-जैसे हम नाभिक के भीतर गहराई से देखते हैं और उच्च ऊर्जाओं पर नज़र रखते हैं, ग्लुऑन वास्तव में संतृप्ति की स्थिति तक पहुँच रहे हैं, जो उनके अपने विस्फोटक विकास को नियंत्रित कर रहे हैं। यह अंतर्दृष्टि वैज्ञानिक समुदाय को ब्रह्मांड के सबसे घने रूपों को नियंत्रित करने वाले मौलिक नियमों को समझने के करीब लाती है।
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