Modification of Υ production in pO and OO collisions at LHCb
LHCb सहयोग ने pO और OO टकरावों में Υ मेसॉन उत्पादन को मापा, जिसमें यह पाया गया कि जबकि pO टकरावों में केवल मामूली दमन दिखाई देता है, OO टकरावों में उत्तेजित अवस्थाओं का महत्वपूर्ण दमन होता है जो क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा निर्माण और रंग स्क्रीनिंग (color screening) प्रभावों के अनुरूप है।
मूल लेखक: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, 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, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, 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, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, 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, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, E. Butera, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, A. Corallo, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, 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, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. 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, Y. Fu, Q. Führing, 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, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, J. George, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, A. Henrot, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. 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Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, L. Mareso, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, S. Mico, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, 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, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. 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Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, R. Thornton, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Torlai, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, A. Valassi, 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, P. Varrella, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, 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, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, C. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, A. Wasili, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, T. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, M. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, T. Zies, D. Zuliani, X. Zuo
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ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, ब्रह्मांडीय रसोई (cosmic kitchen) के रूप में करें जहाँ सबसे चरम खाना पकाने के प्रयोग किए जाते हैं। इस रसोई में, वैज्ञानिक नन्हे कणों को प्रकाश की गति के करीब की रफ्तार से आपस में टकराते हैं। लक्ष्य क्या है? बिग बैंग के ठीक एक सेकंड बाद की स्थितियों को फिर से बनाना, जब ब्रह्मांड इतना गर्म और घना था कि सामान्य पदार्थ अस्तित्व में नहीं रह सकता था। इन झुलसा देने वाली स्थितियों के तहत, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन—जो परमाणुओं के निर्माण खंड हैं—पिघलकर अपने छोटे हिस्सों के एक शोर-शराबे वाले मिश्रण में बदल जाते हैं: क्वार्क और ग्लूऑन। इस अत्यधिक गर्म, अत्यधिक घने सूप को "क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा" (QGP) कहा जाता है। इसे एक संगीत कार्यक्रम (concert) में लोगों की ऐसी भीड़ की तरह समझें जो इतनी घनी है कि आप यह नहीं बता सकते कि कौन किसका हाथ पकड़े हुए है; हर कोई बेतहाशा इधर-उधर घूमने के लिए स्वतंत्र है।
इस सूप का अध्ययन करने के लिए, भौतिक विज्ञानी 'बॉटोमोनियम' (bottomonium) नामक भारी कणों से बने विशेष "थर्मामीटर" का उपयोग करते हैं। ये एक छोटे, भारी जोड़े (एक बॉटम क्वार्क और उसका साथी) की तरह होते हैं जो आमतौर पर एक-दूसरे का हाथ बहुत मजबूती से थामे रहते हैं। हालाँकि, यदि आप उन्हें गर्म QGP सूप में फेंक देते हैं, तो गर्मी इतनी तीव्र हो जाती है कि यह उनकी पकड़ को तोड़ देती है, जिससे जोड़ा अलग हो जाता है। यह देखकर कि इस टक्कर में कितने जोड़े जीवित बचते हैं, वैज्ञानिक यह बता सकते हैं कि सूप कितना गर्म और घना है। लंबे समय तक, हम जानते थे कि यह भारी टकरावों में होता है, जैसे कि दो भारी लेड (सीसा) परमाणुओं को आपस में टकराना। लेकिन एक बड़ा सवाल बना हुआ था: क्या यह "सूप" बहुत छोटे टकरावों में भी बन सकता है, जैसे कि एक अकेले प्रोटॉन को एक नाभिक (nucleus) से टकराना, या यहाँ तक कि दो हल्के ऑक्सीजन परमाणुओं को टकराना? यदि यह सूप इतने छोटे सिस्टम में बनता है, तो यह हमारी इस समझ को बदल देगा कि ब्रह्मांड अपने सबसे सूक्ष्म स्तरों पर कैसे व्यवहार करता है।
यह शोध पत्र, जिसे सर्न (CERN) के LHCb सहयोग द्वारा लिखा गया है, बिल्कुल इसी प्रश्न में गहराई से उतरता है। उन्होंने तीन अलग-अलग प्रकार के कण टकरावों के डेटा का विश्लेषण किया: प्रोटॉन-प्रोटॉन (एक बेसलाइन, जैसे दो बिलियर्ड बॉल्स का टकराना), प्रोटॉन-ऑक्सीजन (एक प्रोटॉन द्वारा एक छोटे नाभिक से टक्कर), और ऑक्सीजन-ऑक्सीजन (दो हल्के नाभिकों का आपस में टकराना)। उन्होंने विशेष रूप से तीन अलग-अलग उत्तेजना अवस्थाओं (states of excitement) वाले "बॉटोमोनियम" जोड़ों को देखा: शांत जमी हुई अवस्था (Υ(1S)), थोड़ी उत्तेजित अवस्था (Υ(2S)), और अत्यधिक उत्तेजित, डगमगाती हुई अवस्था (Υ(3S))। उत्तेजित अवस्थाएँ उन जोड़ों की तरह हैं जो हाथ ढीले पकड़कर चलते हैं; वे शांत जोड़ों की तुलना में बहुत आसानी से टूट जाते हैं।
टीम ने प्रत्येक प्रकार के टकराव में शांत जोड़ों की तुलना में उत्तेजित जोड़ों के जीवित रहने की आवृत्ति को मापा। प्रोटॉन-प्रोटॉन टकरावों में, उत्तेजित और शांत जोड़ों का अनुपात स्थिर था और इसने वही दिखाया जो उन्होंने अन्य ऊर्जाओं पर पहले देखा था। यह उनके नियंत्रण समूह (control group) के रूप में कार्य करता था, जो दर्शाता है कि ये कण कैसे व्यवहार करते हैं जब वहाँ उन्हें बाधित करने के लिए कोई "सूप" मौजूद नहीं होता है।
जब उन्होंने प्रोटॉन-ऑक्सीजन टकरावों को देखा, तो उन्हें परेशानी का एक छोटा सा संकेत मिला। उत्तेजित जोड़े उम्मीद से थोड़े कम पाए गए, जिससे पता चला कि ऑक्सीजन नाभिक कुछ मामूली "कोल्ड" (ठंडी) बाधाएं उत्पन्न कर रहा है (जैसे कि एक भीड़भाड़ वाला गलियारा जिससे वे टकरा रहे हों), भले ही वहां कोई गर्म सूप न बन रहा हो। हालाँकि, डेटा इतना मजबूत नहीं था कि यह निश्चित रूप से कहा जा सके कि यह एक वास्तविक प्रभाव था या केवल एक सांख्यिकीय संयोग (statistical fluke)।
असली कहानी, हालाँकि, ऑक्सीजन-ऑक्सीजन टकरावों से आई। यहाँ, परिणाम नाटकीय थे। उत्तेजित Υ(2S) जोड़े लगभग दो के कारक से कम हो गए—जिसका अर्थ है कि शांत जोड़ों की तुलना में केवल आधे ही जीवित बचे। अत्यधिक उत्तेजित Υ(3S) जोड़ों में भी दबने (suppression) के प्रमाण मिले। यह शांत जोड़ों की तुलना में एक बहुत बड़ा अंतर है। लेखक बताते हैं कि यह तीव्र दमन (suppression) केवल नाभिक के "कोल्ड" प्रभावों के कारण नहीं हो सकता; यह एक गर्म, विमुक्त (deconfined) क्वार्क-ग्लोन प्लाज्मा के निर्माण की ओर इशारा करता है, यहाँ तक कि इस अपेक्षाकृत छोटे टकराव तंत्र में भी।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह कोई इत्तेफाक नहीं था, शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों की तुलना दो उन्नत कंप्यूटर मॉडलों से की। एक मॉडल, KSU-Munich, और दूसरा, TAMU-NP, दोनों में क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा का भौतिक विज्ञान शामिल था। दोनों मॉडलों ने ऑक्सीजन-ऑक्सीजन डेटा में देखे गए तीव्र दमन की सफलतापूर्वक भविष्यवाणी की। शोध पत्र इस निष्कर्ष के साथ समाप्त होता है कि जहाँ छोटा प्रोटॉन-ऑक्सीजन सिस्टम केवल बदलाव की एक हल्की आहट दिखा रहा था, वहीं ऑक्सीजन-ऑक्सीजन सिस्टम ने एक स्पष्ट संकेत दिया: एक क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा संभवतः इन छोटे टकरावों में भी बन रहा है, जो उत्तेजित भारी क्वार्क जोड़ों को उसी तरह तोड़ रहा है जैसे वह बड़े लेड टकरावों में करता है। यह सुझाव देता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड का "सूप" पहले के अनुमान की तुलना में छोटे, हल्के टकरावों में भी अधिक आसानी से बनाया जा सकता है।
तकनीकी सारांश: LHCb में pO और OO टकरावों में Υ उत्पादन का संशोधन
समस्या और प्रेरणा
क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा (QGP) का निर्माण—जो कि एक विमुक्त अवस्था (deconfined state) है जहाँ क्वार्क्स और ग्लूऑन्स हैड्रोन के भीतर सीमित नहीं रहते—उच्च-ऊर्जा परमाणु भौतिकी का एक केंद्रीय लक्ष्य है। QGP निर्माण का एक प्राथमिक संकेत क्वार्कोनियम अवस्थाओं (बद्ध भारी क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्मों) का दमन (suppression) है, जो कलर स्क्रीनिंग (color screening) के कारण होता है, जिससे भारी क्वार्क्स के बीच का बंधन विभव (binding potential) कमजोर हो जाता है। जबकि बड़े टकराव प्रणालियों जैसे PbPb में Υ(nS) अवस्थाओं (Υ(1S), Υ(2S), Υ(3S)) का क्रमिक दमन अच्छी तरह से स्थापित है, छोटे प्रणालियों में QGP प्रभावों और कोल्ड न्यूक्लियर मैटर (CNM) प्रभावों (जैसे परमाणु पार्टन वितरण संशोधन और ऊर्जा हानि) के बीच की परस्पर क्रिया अभी भी कम समझ में आती है।
LHC के हालिया रन ने हल्के आयनों, विशेष रूप से ऑक्सीजन-ऑक्सीजन (OO) और प्रोटॉन-ऑक्सीजन (pO) टकरावों को पेश किया है, जो CNM प्रभावों को नियंत्रित करने और छोटे टकराव आयतनों (collision volumes) में QGP निर्माण की शुरुआत खोजने के लिए एक अद्वितीय परीक्षण स्थल प्रदान करते हैं। जबकि OO टकरावों में सामूहिक प्रभाव (collective effects) और पार्टन ऊर्जा हानि देखी गई है, प्रोटॉन-प्रोटॉन (pp) बेसलाइन के सापेक्ष बॉटमोनियम अवस्थाओं के विशिष्ट व्यवहार, विशेष रूप से दमन तंत्रों की परस्पर क्रिया के संबंध में, अभी तक पूरी तरह से खोजा नहीं गया था।
कार्यप्रणाली (Methodology)
LHCb सहयोग ने तीन टकराव प्रणालियों में pp, pO, और OO में Υ(2S) और Υ(3S) मेसॉन के उत्पादन दरों को ग्राउंड स्टेट Υ(1S) के सापेक्ष मापा।
- डेटा नमूने: विश्लेषण में sNN=5.36 TeV के केंद्र-द्रव्यमान ऊर्जा प्रति न्यूक्लियॉन पर रिकॉर्ड किए गए डेटा का उपयोग किया गया। pp और OO डेटासेट क्रमशः लगभग 230 pb−1 और 5.5 nb−1 के एकीकृत ल्यूमिनोसिटी के साथ एकत्र किए गए थे। pO डेटासेट लगभग 33 nb−1 की ल्यूमिनोसिटी के साथ sNN=9.62 TeV पर एकत्र किया गया था।
- पुनर्निर्माण (Reconstruction): Υ अवस्थाओं को LHCb फॉरवर्ड स्पेक्ट्रोमीटर स्वीकृति (2<η<5) के भीतर डिम्यूऑन क्षय चैनल (Υ(nS)→μ+μ−) के माध्यम से पुनर्निर्मित किया गया।
- विश्लेषण तकनीक: इनवेरिएंट मास स्पेक्ट्रा (Mμ+μ−) को एक्सटेंडेड बिन्ड मैक्सिमम-लाइक्लिहुड विधि का उपयोग करके फिट किया गया। सिग्नल वितरणों को क्रिस्टल बॉल (Crystal Ball) फंक्शनों के साथ मॉडल किया गया, जबकि बैकग्राउंड को एक एक्सपोनेंशियल फंक्शन द्वारा वर्णित किया गया। Υ अवस्थाओं के द्रव्यमान अंतर और चौड़ाई को ज्ञात मानों और सिमुलेशन स्केलिंग का उपयोग करके बाधित (constrained) किया गया।
- दक्षता सुधार (Efficiency Corrections): क्रॉस-सेक्शन के अनुपात के उत्पादन को डिटेक्टर स्वीकृति, ट्रिगर, पुनर्निर्माण, और पार्टिकल आइडेंटिफिकेशन दक्षताओं के लिए सुधारा गया। दक्षता मॉडलिंग के लिए सिमुलेशन (pp के लिए Pythia, pO/OO के लिए EPOS) का उपयोग किया गया, और व्यवस्थित अनिश्चितताओं को डेटा-संचालित विधियों (जैसे टैग-एंड-प्रोब) और किनेमैटिक वितरणों के रूपांतरणों से प्राप्त किया गया।
- तुलनात्मक मेट्रिक्स: अध्ययन ने क्रॉस-सेक्शन गुना ब्रांचिंग फ्रैक्शन (σΥ(nS)/σΥ(1S)×B) के अनुपात प्रस्तुत किए और मीडियम प्रभावों को अलग करने के लिए pp बेसलाइन के सापेक्ष "डबल रेश्यो" की गणना की।
प्रमुख योगदान और परिणाम
- pp बेसलाइन निरंतरता: s=5.36 TeV पर pp टकरावों में Υ(2S)/Υ(1S) और Υ(3S)/Υ(1S) के मापे गए अनुपात उच्च ऊर्जाओं (7, 8, और 13 TeV) पर पिछले LHCb मापों के अनुरूप हैं। भारित औसत क्रमशः 0.2527±0.0025 और 0.1220±0.13 हैं, जो इस ऊर्जा रेंज में इन अनुपातों की स्थिरता की पुष्टि करते हैं।
- pO टकराव परिणाम: pO टकरावों में, pp की तुलना में Υ(2S) और Υ(3S) अवस्थाओं के मामूली सापेक्ष दमन का अवलोकन किया गया। हालांकि, pO डेटा में सांख्यिकीय अनिश्चितताएं इतनी अधिक थीं कि CNM प्रभावों के परिमाण के बारे में ठोस निष्कर्ष नहीं निकाला जा सका।
- OO टकराव परिणाम: OO टकरावों में एक महत्वपूर्ण दमन देखा गया:
- Υ(2S)/Υ(1S) अनुपात pp डेटा के सापेक्ष लगभग 2 के कारक से दबा हुआ पाया गया। यह दमन pO टकरावों में देखे गए दमन से काफी अधिक है, जो सुझाव देता है कि CNM प्रभावों से परे तंत्र सक्रिय हैं।
- Υ(3S)/Υ(1S) अनुपात भी pp की तुलना में लगभग दो के कारक से दबा हुआ है; हालांकि, यह अनिश्चितताओं के भीतर pO में देखे गए दमन के अनुरूप है। इसके बावजूद, यह मान एकता (unity) से ∼3.5 मानक विचलन भिन्न है, जो OO टकरावों में Υ(3S) अवस्था के दमन के प्रमाण प्रदान करता है।
- मॉडल तुलना: OO टकरावों में देखे गए दमन पैटर्न की तुलना दो सैद्धांतिक मॉडलों से की गई: KSU-Munich मॉडल (एक ओपन क्वांटम-सिस्टम दृष्टिकोण जो लिंडब्लाड समीकरण को हल करता है) और TAMU-NP मॉडल (एक सेमीक्लासिकल ट्रांसपोर्ट मॉडल)। दोनों मॉडल, जो CNM प्रभावों और बॉटोनिया के विमुक्त QGP के साथ अंतःक्रियाओं को शामिल करते हैं, मापे गए अनुपातों का सफलतापूर्वक वर्णन करते हैं।
- डबल रेश्यो: OO टकरावों में Υ(2S)/Υ(1S) के लिए डबल रेश्यो (आयोन/pp) एकता से लगभग 4.8 मानक विचलन भिन्न है, जो महत्वपूर्ण दमन को दर्शाता है। Υ(3S)/Υ(1S) का डबल रेशो भी सभी प्रणालियों में दमन दिखाता है, जो CNM और QGP प्रभावों की परस्पर क्रिया के अनुरूप है।
महत्व
यह शोध दावा करता है कि OO टकरावों में Υ(2S) और Υ(3S) अवस्थाओं का महत्वपूर्ण दमन, जो pO टकरावों में न्यूनतम प्रभाव के विपरीत है, अपेक्षाकृत छोटे OO टकराव तंत्र में अतिरिक्त दमन तंत्रों के उद्भव के लिए नया प्रमाण प्रदान करता है। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि ये तंत्र OO टकरावों में क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के निर्माण के अनुरूप हैं। परिणाम यह प्रदर्शित करते हैं कि दमन पदानुक्रम (जहाँ उत्तेजित अवस्थाएं ग्राउंड स्टेट की तुलना में अधिक दमित होती हैं) जो बड़े PbPb प्रणालियों में देखा जाता है, बड़े OO प्रणालियों में भी प्रकट होता है, जो इस परिकल्पना का समर्थन करता है कि हल्के आयन टकरावों में भी QGP निर्माण हो सकता है। डेटा को QGP निर्माण को शामिल करने वाले मॉडलों द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है, जो विमुक्त माध्यम में कोल्ड न्यूक्लियर मैटर प्रभावों और कलर स्क्रीनिंग के बीच की परस्पर क्रिया को उजागर करता है।
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