Measurement of ψ(2S) to J/ψ cross-section ratio as function of multiplicity in pPb collisions atsNN=8.16 TeV
sNN=8.16 TeV पर pPb और Pbp टकरावों से प्राप्त LHCb डेटा का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन मल्टीप्लिसिटी के फलन के रूप में ψ(2S) से J/ψ उत्पादन अनुपात को मापता है, जो Pb-जाते हुए दिशा में प्रॉम्प्ट चारमोनिया के लिए मल्टीप्लिसिटी-निर्भर दमन को प्रकट करता है जो मानक कोमोवर प्रभावों से परे, संभावित रूप से क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा निर्माण से संबंधित अतिरिक्त तंत्रों की उपस्थिति का सुझाव देता है।
मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, F. Alessio, Z. Aliouche, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, P. Andreola, M. Andreotti, A. Anelli, D. Ao, F. Archilli, Z Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, S. Bernet Andres, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, J. Bex, Ia. Bezshyiko, O. Bezshyyko, J. Bhom, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, P. Billoir, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, V. Bocharnikov, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, A. Boldyrev, C. S. Bolognani, R. Bolzonella, R. B. Bonacci, N. Bondar, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, J. Brodzicka, A. Brossa Gonzalo, J. Brown, D. Brundu, E. Buchanan, L. Buonincontri, M. Burgos Marcos, A. T. Burke, C. Burr, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, S. Calderon Ramirez, L. Calefice, S. Cali, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, D. H. Campora Perez, A. F. Campoverde Quezada, S. Capelli, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, S. Cesare, A. J. Chadwick, I. Chahrour, H. Chang, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chernov, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, A. Contu, N. Cooke, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, M. Cruz Torres, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, S. Dadabaev, L. Dai, X. Dai, E. Dall'Occo, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, J. Daniel, P. d'Argent, G. Darze, A. Davidson, J. E. Davies, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, H. -P. Dembinski, J. Deng, V. Denysenko, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, I. Diachkov, S. Didenko, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, V. Dobishuk, A. D. Docheva, C. Dong, A. M. Donohoe, F. Dordei, A. C. dos Reis, A. D. Dowling, W. Duan, P. Duda, M. W. Dudek, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, A. Egorychev, V. Egorychev, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, J. Eschle, S. Esen, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, D. Fazzini, L. Felkowski, M. Feng, M. Feo, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K. L. Fischer, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, L. F. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Q. Führing, Y. Fujii, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, K. G. Garg, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, L. L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, L. Giambastiani, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. 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Hunter, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, M. Idzik, D. Ilin, P. Ilten, A. Iniukhin, A. Ishteev, K. Ivshin, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, E. Jans, B. K. Jashal, A. Jawahery, C. Jayaweera, V. Jevtic, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, T. P. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, D. Karpenkov, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, S. Kholodenko, G. Khreich, T. Kirn, V. S. Kirsebom, O. Kitouni, S. Klaver, N. Kleijne, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, M. Korolev, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, A. Kozachuk, P. Kravchenko, L. Kravchuk, M. Kreps, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, E. Kulikova, A. Kupsc, V. Kushnir, B. Kutsenko, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, J. J. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, O. Lantwin, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, A. Leflat, S. Legotin, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, M. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, S. Li, T. Li, T. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Lian, X. Liang, S. Libralon, C. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, S. López Soliño, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, E. Luppi, K. Lynch, X. -R. Lyu, G. M. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, D. Maisuzenko, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, A. Malinin, T. Maltsev, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, F. M. Manganella, D. Manuzzi, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, V. Matiunin, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, M. McCann, T. H. McGrath, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, G. Meier, D. Melnychuk, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, T. Miralles, B. Mitreska, D. S. Mitzel, A. Modak, L. Moeser, R. A. Mohammed, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, H. Mu, Z. M. Mu, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, R. Murta, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, T. Nanut, I. Nasteva, M. Needham, E. Nekrasova, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, P. Neustroev, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, N. Nikitin, Q. Niu, P. Nogarolli, P. Nogga, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, C. Nunez, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, T. Oeser, A. Okhotnikov, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, C. J. G. Onderwater, R. H. O'Neil, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, G. Panshin, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, B. Passalacqua, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, D. Pereima, H. Pereira Da Costa, A. Pereiro Castro, C. Perez, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, K. Petridis, A. Petrolini, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, S. Poslavskii, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, G. Punzi, S. Qasim, Q. Q. Qian, W. Qian, N. Qin, S. Qu, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, M. S. Rangel, F. Ratnikov, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogachev, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, M. Rotondo, S. R. Roy, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, R. A. Ruiz Fernandez, J. Ruiz Vidal, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, R. Sadek, N. Sagidova, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, D. Saranin, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, M. Saur, D. Savrina, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, I. Segal, S. Sellam, A. Semennikov, T. Senger, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, A. Seuthe, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, M. Shapkin, R. S. Sharma, I. Shchemerov, L. Shchutska, T. Shears, L. Shekhtman, Z. Shen, S. Sheng, V. Shevchenko, B. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, Y. Shimizu, E. Shmanin, R. Shorkin, J. D. Shupperd, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, K. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, A. Solovev, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, B. Souza De Paula, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, E. Spiridenkov, P. Spradlin, V. Sriskaran, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, E. N. Stein, O. Steinkamp, H. Stevens, D. Strekalina, Y. Su, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, D. Sundfeld, W. Sutcliffe, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, A. Terentev, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, D. Torres Machado, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, D. J. Unverzagt, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, G. Vasquez, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, N. Voropaev, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. W. Wang, Z. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, L. Xu, M. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Z. Yang, V. Yeroshenko, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, X. Yuan, Y Yuan, E. Zaffaroni, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, Y. Z. Zhang, Z. Zhang, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, Y. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, Q. Zou, D. Zuliani, G. Zunica
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कल्पना कीजिए कि आप एक जासूस हैं जो यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि जब दो बहुत अलग तरह की भीड़ आपस में टकराती है तो क्या होता है। इस मामले में, "भीड़" उप-परमाण्विक कण (subatomic particles) हैं: एक अकेला प्रोटॉन (एक छोटा, अकेला यात्री) एक लेड न्यूक्लियस (एक भारी, भीड़भाड़ वाला शहर जिसमें 200 प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं) से टकराता है।
यह शोध पत्र, जो CERN में LHCb सहयोग (collaboration) द्वारा लिखा गया है, एक विशिष्ट रहस्य के बारे में है: जब भारी कण इन टक्करों में पैदा होते हैं, तो वे कैसा व्यवहार करते हैं, और क्या उनके आसपास की भीड़ का आकार उनके जीवित रहने के तरीके को बदल देता है?
यहाँ कहानी का विवरण दिया गया, जिसमें सरल उपमाओं (analogies) का उपयोग किया गया है।
1. पात्र: "भारी जुड़वां" (The "Heavy Twins")
वैज्ञानिक चारमोनिया (charmonia) नामक दो विशिष्ट कणों का अध्ययन कर रहे हैं। इन्हें भारी, विलक्षण जुड़वां के रूप में सोचें जो एक "चार्म" क्वार्क और उसके एंटी-पार्टिकल से बने होते हैं:
- J/ψ (J/Psi): "ग्राउंड स्टेट" (Ground State)। इसे एक मजबूत, सुदृढ़ जुड़वां के रूप में सोचें। यह मजबूती से बंधा हुआ है, जैसे सुपर-स्ट्रॉन्ग एपॉक्सी से चिपका हुआ एक पत्थर। इसे तोड़ना कठिन है।
- ψ(2S) (Psi-2S): "एक्साइटेड स्टेट" (Excited State)। इसे एक लड़खड़ाते, नाजुक जुड़वां के रूप में सोचें। यह उसी प्रकार का कण है, लेकिन यह अतिरिक्त ऊर्जा के साथ कंपन कर रहा है और ढीले ढंग से बंधा हुआ है, जैसे ताश का घर (house of cards)। यदि इसमें कुछ भी टकराता है, तो यह बहुत आसानी से बिखर जाता है।
2. प्रयोग: "उच्च-गति वाली टक्कर" (The "High-Speed Crash")
वैज्ञानिकों ने प्रकाश की गति के करीब प्रोटॉन को लेड न्यूक्लियस (और इसके विपरीत) पर दागा। उन्होंने दो दिशाओं को देखा:
- pPb (प्रोटॉन लेड से टकराता है): प्रोटॉन "गोली" है, और लेड "लक्ष्य" है। मलबा मुख्य रूप से लेड की दिशा ( "Pb-going" दिशा) में उड़ता है।
- Pbp (लेड प्रोटॉन से टकराता है): लेड "गोली" है, और प्रोटॉन "लक्ष्य" है। मलबा मुख्य रूप से प्रोटॉन की दिशा ("p-going" दिशा) में उड़ता है।
उन्होंने देखा कि कितने "नाजुक जुड़वां" (ψ(2S)) मजबूत जुड़वां (J/ψ) की तुलना में जीवित रहे।
3. चर (Variable): "पार्टी का आकार" (The "Party Size" / Multiplicity)
इस प्रयोग की कुंजी मल्टीप्लिसिटी (multiplicity) है। कण भौतिकी में, यह केवल एक फैंसी शब्द है जिसका अर्थ है "टक्कर में कितने अन्य कण पैदा हुए।"
- कम मल्टीप्लिसिटी (Low Multiplicity): एक छोटी, शांत पार्टी। केवल कुछ ही कण इधर-उधर उड़ रहे हैं।
- उच्च मल्टीप्लिसिटी (High Multiplicity): एक विशाल, अराजक मोश पिट (mosh pit)। हजारों कण हर तरफ उड़ रहे हैं।
वैज्ञानिकों ने यह देखना चाहा: क्या पार्टी बड़ी होने पर नाजुक जुड़वां अधिक बार नष्ट हो जाते हैं?
4. खोज: "फॉरवर्ड-बैकवर्ड" रहस्य (The "Forward-Backward" Mystery)
परिणाम आश्चर्यजनक थे और डेटा में एक "दोहरा व्यक्तित्व" प्रकट किया:
परिदृश्य A: प्रोटॉन-जाना दिशा (The "Small System")
जब प्रोटॉन लक्ष्य था (Pbp) या जब pPb टक्कर में प्रोटॉन की ओर देखा गया:
- क्या हुआ: जैसे-जैसे पार्टी बड़ी हुई (अधिक कण हुए), नाजुक जुड़वां और मजबूत जुड़वां का अनुपात समान बना रहा।
- उपमा: एक कमरे में ताश के घर (नाजुक जुड़वां) और एक पत्थर (मजबूत जुड़वां) की कल्पना करें। जैसे-जैसे कमरे में अधिक लोग आते हैं, ताश का घर पत्थर की तुलना में अधिक नहीं टूटता है। वातावरण इतना "गर्म" या "सघन" नहीं था कि वह विशेष रूप से नाजुक वाले को तोड़ सके।
परिदृश्य B: लेड-जाना दिशा (The "Big System")
जब लेड न्यूक्लियस लक्ष्य था (pPb), विशेष रूप से उस दिशा में जहाँ लेड जा रहा था:
- क्या हुआ: जैसे-जैसे पार्टी बड़ी हुई, नाजुक जुड़वां मजबूत वाले की तुलना में बहुत तेजी से गायब हो गए। अनुपात काफी गिर गया।
- उपमा: अब, उसी ताश के घर और पत्थर की कल्पना करें, लेकिन इस बार कमरा एक उबलते, अत्यंत सघन कोहरे (एक "क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा" या QGP) से भरा हुआ है। जैसे-जैसे कमरा अधिक भीड़भाड़ वाला होता जाता है, कोहरा इतना घना और गर्म हो जाता है कि वह ताश के घर को पिघला देता है, लेकिन पत्थर अछूता रहता है।
5. बड़ा निष्कर्ष: एक छोटे कमरे में "मिनी ब्लैक होल"?
आमतौर पर, वैज्ञानिक केवल विशाल टक्करों में ही इस "पिघलने" के प्रभाव की उम्मीद करते हैं, जैसे कि दो विशाल लेड न्यूक्लियस को एक साथ टकराना, जहाँ मुक्त क्वार्क्स और ग्लुऑन्स का एक "सूप" (जिसे Quark-Gluon Plasma कहा जाता है) बनता है। यह सूप इतना गर्म होता है कि वह नाजुक कणों को तोड़ देता है।
चौंकाने वाली बात: यह पेपर सुझाव देता है कि एक छोटी टक्कर (प्रोटॉन बनाम लेड) में भी, यदि आप सही दिशा (लेड की ओर) में देखते हैं और टक्कर "व्यस्त" (high multiplicity) है, तो आप वास्तव में इस अत्यंत गर्म प्लाज्मा की एक छोटी, अल्पकालिक बूंद बना सकते हैं।
यह एक स्नोबॉल फाइट (बर्फ के गोले की लड़ाई) में अचानक लावा की एक छोटी, अत्यधिक गर्म बूंद मिलने जैसा है। आप स्नोबॉल फाइट में लावा की उम्मीद नहीं करेंगे, लेकिन यदि स्नोबॉल्स पर्याप्त घनी तरह से पैक की गई हैं, तो शायद थोड़ी सी गर्मी बन सकती है।
यह क्यों मायने रखता है?
यह हमें भौतिकी में "छोटे" और "बड़े" संसारों के बीच के संक्रमण को समझने में मदद करता है।
- यह बताता है कि ब्रह्मांड के नियम इस बात पर निर्भर करते हैं कि चीजें कितनी भीड़भाड़ वाली हैं।
- यह सुझाव देता है कि "नाजुक" कण उत्कृष्ट सेंसर हैं। यदि वे गायब हो जाते हैं, तो इसका मतलब है कि वातावरण इतना गर्म हो गया था कि वे पिघल गए, जो आश्चर्यजनक रूप से छोटी टक्करों में भी क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के निर्माण का संकेत देता है।
संक्षेप में: वैज्ञानिकों ने पाया कि जब एक प्रोटॉन एक लेड न्यूक्लियस से टकराता है, तो "नाजुक" कण तब कुचले जाते हैं जब टक्कर अव्यवस्थित और अराजक होती है, लेकिन केवल तभी जब यह टक्कर भारी लेड की दिशा में होती है। यह सुझाव देता है कि छोटी टक्कर भी पदार्थ के छोटे, अत्यधिक गर्म "सूप" बना सकती हैं, जिन्हें हम आमतौर पर ब्रह्मांड की सबसे बड़ी टक्करों में देखते हैं।
यहाँ पेपर CERN-EP-2025-114, जिसका शीर्षक "sNN=8.16 TeV पर pPb कोलिशन में मल्टीप्लिसिटी के फलन के रूप में ψ(2S) से J/ψ क्रॉस-सेक्शन अनुपात का मापन" है, का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया है।
1. समस्या और प्रेरणा
भारी क्वार्कोनियम अवस्थाओं (जैसे कि चारमोनिया J/ψ और ψ(2S)) का उत्पादन क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (QCD) और अत्यधिक स्थितियों के तहत प्रबल रूप से परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थ के व्यवहार को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रोब के रूप में कार्य करता है।
- संदर्भ: भारी-आयन कोलिशन (जैसे, PbPb) में, एक क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा (QGP) बनता है, जो डिबाई स्क्रीनिंग (Debye screening) जैसे तंत्रों के माध्यम से क्वार्कोनियम अवस्थाओं के दमन (suppression) का कारण बनता है। हालाँकि, छोटे कोलिशन सिस्टम (प्रोटॉन-न्यूक्लियस, pA) में QGP के निर्माण का विषय गहन बहस का विषय रहा है।
- विशिष्ट प्रश्न: हालिया अवलोकनों से पता चलता है कि उच्च-मल्टीप्लिसिटी वाले छोटे सिस्टम में QGP-समान प्रभाव प्रदर्शित हो सकते हैं। ψ(2S) अवस्था J/ψ ग्राउंड स्टेट की तुलना में कम मजबूती से बंधी होती है, जिससे यह विखंडन (dissociation) के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है। इसलिए, ψ(2S) और J/ψ उत्पादन का अनुपात एक संवेदनशील अवलोकन (observable) है।
- लक्ष्य: इस अध्ययन का उद्देश्य प्रोटॉन-लेड (pPb) और लेड-प्रोटॉन (Pbp) कोलिशन में चार्ज्ड-पार्टिकल मल्टीप्लिसिटी के फलन के रूप में प्रॉम्प्ट और नॉन-प्रॉम्प्ट ψ(2S) के J/ψ उत्पादन अनुपात को मापना है। दोनों बीम कॉन्फ़िगरेशन (pPb बनाम Pbp) की तुलना करके, प्रयोग "कोल्ड न्यूक्लियर मैटर" प्रभावों (प्रारंभिक अवस्था) और अंतिम-अवस्था की परस्पर क्रियाओं (जैसे कोमोवर्स या QGP निर्माण) के बीच अंतर करने के लिए फॉरवर्ड-बैकवर्ड एसिमेट्री (asymmetry) की जांच करता है।
2. कार्यप्रणाली
डेटा और डिटेक्टर:
- प्रयोग: CERN में LHCb डिटेक्टर, एक सिंगल-आर्म फॉरवर्ड स्पेक्ट्रोमीटर जो 2<η<5 को कवर करता है।
- डेटासेट: 2016 में sNN=8.16 TeV की केंद्र-द्रव्यमान ऊर्जा पर एकत्र किया गया डेटा।
- pPb कॉन्फ़िगरेशन: 13.6 nb−1 (प्रोटॉन बीम आगे की ओर)।
- Pbp कॉन्फ़िगरेशन: 20.8 nb−1 (लेड बीम आगे की ओर)।
- काइनेमैटिक्स: डिम्यूऑन डिके चैनल (μ+μ−) में रैपिडिटी रेंज 1.5<y∗<4.0 (pPb) और −5.0<y∗<−2.5 (Pbp) के भीतर किए गए माप।
इवेंट सिलेक्शन और मल्टीप्लिसिटी:
- कैंडिडेट्स: pT∈[0.3,14.0] GeV/c के साथ पुनर्गठित (reconstructed) J/ψ और ψ(2S) मेसॉन्स।
- मल्टीप्लिसिटी वेरिएबल्स: पक्षपात (bias) से बचने के लिए तीन प्रॉक्सी का उपयोग किया गया:
- NtracksPV: प्राइमरी वर्टेक्स (PV) से जुड़े कुल ट्रैक्स।
- NfwdPV: फॉरवर्ड दिशा में ट्रैक्स (चारमोनिया की ओर)।
- NbwdPV: बैकवर्ड दिशा में ट्रैक्स (विपरीत दिशा)।
- प्रॉम्प्ट बनाम नॉन-प्रॉम्प्ट: पृथक्करण को स्यूडो-डिके समय (tz) का उपयोग करके प्राप्त किया गया। प्रॉम्प्ट मेसॉन्स (सीधे उत्पादित) का tz≈0 होता है, जबकि नॉन-प्रॉम्प्ट मेसॉन्स (b-हैड्रॉन के क्षय से) b-हैड्रॉन के जीवनकाल के कारण एक विस्तृत वितरण रखते हैं।
विश्लेषण तकनीक:
- सिग्नल एक्सट्रैक्शन: डिम्यूऑन इनवेरिएंट मास (mμμ) और स्यूडो-डिके समय (tz) वितरणों पर एक विस्तारित टू-डायमेंशनल अनबिन्डेड मैक्सिमम-लाइक्लीहुड फिट किया गया।
- मास मॉडल: सिग्नल के लिए क्रिस्टल बॉल फंक्शन्स, बैकग्राउंड के लिए एक्सपोनेंशियल।
- tz मॉडल: रेजोल्यूशन फंक्शन्स के साथ कंज्वॉल्व की गई डिरैक δ (प्रॉम्प्ट) और एक्सपोनेंशियल (नॉन-प्रॉम्प्ट)।
- एफिशिएंसी करेक्शन: यील्ड्स को एक्सेप्टेंस, रिकंस्ट्रक्शन, पार्टिकल आइडेंटिफिकेशन (PID), और ट्रिगर एफिशिएंसी के लिए सुधारा गया। क्रॉस-सेक्शन के अनुपात को ब्रांचिंग फ्रैक्शन और ल्यूमिनोसिटी अनसर्टेन्टी को रद्द करने के लिए इंटीग्रेटेड क्रॉस-सेक्शन के साथ नॉर्मलाइज किया गया।
3. मुख्य योगदान
- Pbp में मल्टीप्लिसिटी डिपेंडेंस का पहला मापन: यह पेपर विशेष रूप से Pbp कॉन्फ़िगरेशन (जहाँ लेड न्यूक्लियस डिटेक्टर की ओर यात्रा करता है) के लिए मल्टीप्लिसिटी के फलन के रूप में ψ(2S)/J/ψ अनुपात का पहला विस्तृत अध्ययन प्रदान करता है।
- फॉरवर्ड-बैकवर्ड एसिमेट्री: pPb (प्रोटॉन-जाने वाली दिशा) और Pbp (लेड-जाने वाली दिशा) की तुलना करके, अध्ययन न्यूक्लियर एनवायरनमेंट की भूमिका को अलग करता है। Pbp में लेड-जाने वाली दिशा pPb में प्रोटॉन-जाने वाली दिशा के समान काइनेमैटिक क्षेत्र के अनुरूप है, लेकिन काफी उच्च बेरियन घनत्व के साथ।
- प्रभावों का पृथक्करण: NbwdPV (चारमोनिया के विपरीत दिशा में मापी गई मल्टीप्लिसिटी) का उपयोग करके, लेखक "कोमोवर" प्रभावों (उसी रैपिडिटी क्षेत्र में उत्पन्न कणों के साथ परस्पर क्रिया) को अन्य सप्रेशन मैकेनिज्म से अलग करने में सक्षम हुए।
4. परिणाम
प्रॉम्प्ट प्रोडक्शन (J/ψ और ψ(2S) सीधे उत्पादित):
- pPb कॉन्फ़िगरेशन (प्रोटॉन-जाने वाली दिशा): मल्टीप्लिसिटी बढ़ने के साथ नॉर्मलाइज्ड ψ(2S)/J/ψ अनुपात में एक स्पष्ट घटता हुआ रुझान (decreasing trend) देखा गया है।
- लीनियर फिट स्लोप: p1=−0.281±0.057 (NtracksPV के लिए)।
- स्थिर अनुपात की परिकल्पना को दृढ़ता से खारिज किया गया है (p-value≈5×10−6)।
- यह व्यवहार $pp$ कोलिशन में देखे गए अवलोकनों के अनुरूप है और इसे कोमोवर इंटरैक्शन (अंतिम-अवस्था प्रभाव जहाँ उत्तेजित अवस्थाओं को आसपास के कणों द्वारा विखंडित किया जाता है) के रूप में जिम्मेदार माना गया है।
- Pbp कॉन्फ़िगरेशन (लेड-जाने वाली दिशा): मल्टीप्लिसिटी पर कोई महत्वपूर्ण निर्भरता नहीं पाई गई।
- अनुपात मल्टीप्लिसिटी रेंज में फ्लैट रहता है।
- लीनियर फिट स्लोप शून्य के अनुरूप है (p1=−0.055±0.054)।
- यह परिणाम $pp$ और pPb से भिन्न है लेकिन उन प्रवृत्तियों के अधिक करीब है जो बड़े सिस्टम (PbPb) में देखी जाती हैं जहाँ QGP निर्माण की अपेक्षा की जाती है।
नॉन-प्रॉम्प्ट प्रोडक्शन (b-हैड्रॉन के क्षय से):
- pPb या Pbp दोनों कॉन्फ़िगरेशन में कोई महत्वपूर्ण मल्टीप्लिसिटी निर्भरता नहीं देखी गई। यह अपेक्षित है क्योंकि अनुपात मल्टीप्लिसिटी बिन्स में b-हैड्रॉन उत्पादन के बदलावों को काफी हद तक रद्द कर देता है।
अन्य सिस्टम के साथ तुलना:
- जब Pbp परिणामों की PbPb डेटा (ALICE से) के साथ तुलना की जाती है, तो Pbp का सप्रेशन पैटर्न (अनुपात में मल्टीप्लिसिटी निर्भरता की कमी) PbPb व्यवहार के अधिक समान है न कि pPb/$pp$ व्यवहार के। यह सुझाव देता है कि Pbp कोलिशन में लेड-जाने वाली दिशा में उच्च बेरियन घनत्व एक ऐसा वातावरण बनाता है जहाँ अतिरिक्त सप्रेशन मैकेनिज्म (कोमोवर्स से परे) सक्रिय हैं।
5. महत्व
- छोटे सिस्टम में QGP-समान प्रभावों के प्रमाण: Pbp कॉन्फ़िगरेशन (लेड-गोइंग) में अपेक्षित मल्टीप्लिसिटी-डिपेंडेंट सप्रेशन की अनुपस्थिति यह सुझाव देती है कि बड़े भारी-आयन कोलिशन में देखे जाने वाले सप्रेशन मैकेनिज्म (जो संभवतः QGP निर्माण या मजबूत कलर स्क्रीनिंग से संबंधित हैं) छोटे सिस्टम में भी मौजूद हो सकते हैं जब न्यूक्लियर घनत्व पर्याप्त रूप से उच्च हो।
- छोटे से बड़े सिस्टम की ओर संक्रमण: परिणाम कोलिशन डायनेमिक्स में एक संक्रमण को उजागर करते हैं। p-गोइंग दिशा एक "छोटे सिस्टम" की तरह व्यवहार करती है जो कोमोवर प्रभावों द्वारा हावी है, जबकि Pbp कोलिशन में Pb-गोइंग दिशा एक "बड़े सिस्टम" की विशेषता वाले व्यवहार को प्रदर्शित करती है जहाँ QGP-समान प्रभाव हावी हो सकते हैं।
- सैद्धांतिक निहितार्थ: ये निष्कर्ष उन मॉडलों को चुनौती देते हैं जो pA कोलिशन में सभी सप्रेशन को केवल कोल्ड न्यूक्लियर मैटर प्रभावों या कोमोवर्स के रूप में देखते हैं। वे इस परिकल्पना का समर्थन करते हैं कि उच्च-मल्टीप्लिसिटी वाले एसिमेट्रिक कोलिशन में एक क्षणिक, गर्म और सघन माध्यम (QGP का एक "ड्रॉपलेट") बन सकता है जो उत्तेजित क्वार्कोनियम अवस्थाओं को दबाने में सक्षम है।
निष्कर्षतः, यह पेपर इस बात का महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक प्रमाण प्रदान करता है कि प्रोटॉन-न्यूक्लियस कोलिशन में चारमोनियम अवस्थाओं का दमन एकसमान नहीं है; यह कोलिशन की दिशा और परिणामी बेरियन घनत्व पर बहुत अधिक निर्भर करता है, जो छोटे कोलिशन सिस्टम में QGP निर्माण के उद्भव (onset) को समझने के लिए एक अनूठा अवसर प्रदान करता है।
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