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First measurement of the ratio of ψ(2S)\psi(2S)-to-J/ψJ/\psi inclusive production in pArp\mathrm{Ar} and $pp$ collisions at sNN=113GeV\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} =113\,\mathrm{GeV} with SMOG2

LHCb प्रयोग ने SMOG2 का उपयोग करते हुए sNN=113GeV\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=113\,\mathrm{GeV} पर pArp\mathrm{Ar} और $ppटकरावोंमें टकरावों में \psi(2S)से-से-J/\psiउत्पादनक्रॉससेक्शनअनुपातकेपहलेमापनकीरिपोर्टदीहै,जिसमें उत्पादन क्रॉस-सेक्शन अनुपात के पहले मापन की रिपोर्ट दी है, जिसमें p\mathrm{Ar}टकरावोंमें टकरावों में 0.90 \pm 0.04 \pm 0.02$ का एक अनुपात देखा गया है जो परमाणु प्रभावों के उद्भव का संकेत देता है और बड़े टकराव प्रणालियों के भविष्य के अध्ययनों के लिए एक आधार रेखा स्थापित करता 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.
प्रकाशित 2026-09-01
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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. 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मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

पदार्थ के केंद्र में एक ऐसी शक्ति निहित है जो इतनी शक्तिशाली है कि यह ब्रह्मांड के सबसे छोटे निर्माण खंडों को एक साथ बांधती है। यह बल, जिसे स्ट्रॉन्ग इंटरैक्शन (strong interaction) के रूप में जाना जाता है, ग्लूऑन्स (gluons) नामक कणों द्वारा वहन किया जाता है और क्वार्क्स (quarks) के बीच कार्य करता है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के मौलिक घटक हैं। जब एक भारी क्वार्क अपने प्रतिद्रव्य (antimatter) साथी से मिलता है, तो वे मिलकर एक अल्पकालिक कण बना सकते हैं जिसे चारमोनियम (charmonium) कहा जाता है। वैज्ञानिक इन क्षणिक जोड़ों का अध्ययन यह समझने के लिए करते हैं कि विभिन्न परिस्थितियों में स्ट्रॉन्ग फोर्स कैसे व्यवहार करती है। एक निर्वात (vacuum) में, जैसे कि दो प्रोटॉनों के बीच होने वाले टकराव में, ये कण एक अनुमानित तरीके से बनते और क्षय होते हैं। हालाँकि, जब यही टकराव एक बड़े नाभिक (nucleus) के भीतर होता है, तो वातावरण बदल जाता है। टकराव बिंदु के चारों ओर अन्य कणों का घना बादल चारमोनियम के निर्माण या अस्तित्व में हस्तक्षेप कर सकता है, जो एक घने कोहरे की तरह कार्य करता है जो नाजुक बंधन के पूरी तरह बनने से पहले ही उसे घोल सकता है। सरल टकरावों बनाम भारी नाभिक के भीतर होने वाले टकरावों में ये कण कितनी बार दिखाई देते हैं, इसकी तुलना करके, भौतिक विज्ञानी सटीक रूप से मानचित्रित कर सकते हैं कि परमाणु वातावरण कण भौतिकी के नियमों को कैसे बदलता है।

CERN में LHCb प्रयोग का उपयोग करने वाली शोधकर्ताओं की एक टीम ने प्रोटॉन को आर्गन गैस से टकराकर इस घटना पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है। जबकि लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (Large Hadron Collider) रिकॉर्ड तोड़ गति पर प्रोटॉन की बीम को आमने-सामने टकराने के लिए प्रसिद्ध है, इस प्रयोग में एक अनूठे सेटअप का उपयोग किया गया जहाँ प्रोटॉन की एक बीम को स्थिर गैस के बादल में छोड़ा गया था। इस फिक्स्ड-टारगेट (fixed-target) दृष्टिकोण ने वैज्ञानिकों को 113 GeV प्रति न्यूक्लियॉन पेयर के एक विशिष्ट ऊर्जा स्तर पर अध्ययन करने की अनुमति दी, जो एक ऐसा क्षेत्र था जिसे पहले इस सटीकता के साथ नहीं खोजा गया था। टीम ने दो विशिष्ट प्रकार के चारमोनियम पर ध्यान केंद्रित किया: J/psi और psi(2S)। ये दोनों कण मूल रूप से एक ही परिवार के हैं, लेकिन psi(2S), J/psi का एक अधिक उत्तेजित (excited), ढीले बंधन वाला संस्करण है। क्योंकि psi(2S) अधिक कमजोर रूप से जुड़ा हुआ है, सिद्धांत यह सुझाव देता है कि यह J/psi के तुलनात्मक रूप से मजबूत संस्करण की तुलना में अधिक नाजुक होना चाहिए और आसपास के परमाणु कोहरे द्वारा नष्ट होने की अधिक संभावना होनी चाहिए।

इसकी जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 2024 में एकत्र किए गए डेटा का विश्लेषण किया, जब उन्होंने प्रोटॉन बीम के पथ में हाइड्रोजन और आर्गन गैस के बादलों को इंजेक्ट किया था। हाइड्रोजन टकराव एक आधार रेखा (baseline) के रूप में कार्य करते थे, जो बिना किसी परमाणु कोहरे वाले स्वच्छ वातावरण का प्रतिनिधित्व करते थे, जबकि आर्गन टकराव परीक्षण के मामले के रूप में प्रदान किए गए थे, क्योंकि आर्गन नाभिक बहुत बड़े होते हैं और एक सघन वातावरण बनाते हैं। प्रत्येक प्रकार के टकराव में J/psi और psi(2S) कणों की संख्या गिनकर, टीम ने एक अनुपात की गणना की जो इन दोनों कणों के उत्पादन दरों की तुलना करता है। उन्होंने पाया कि प्रोटॉन-प्रोटॉन टकरावों में, psi(2S) का J/psi के साथ अनुपात प्रोटॉन-आर्गन टकरावों की तुलना में थोड़ा अधिक था। विशेष रूप से, आर्गन टकरावों में अनुपात प्रोटॉन टकरावों की तुलना में लगभग 10 प्रतिशत कम था। यह अंतर बताता है कि आर्गन गैस में परमाणु वातावरण वास्तव में अधिक नाजुक psi(2S) कण के उत्पादन को दबा रहा है जितना कि यह J/psi को प्रभावित करता है।

यह अध्ययन केवल एक संख्या तक ही सीमित नहीं रहा; वैज्ञानिकों ने उत्पन्न कणों की गति और दिशा को देखकर अपने निष्कर्षों का विश्लेषण किया। उन्होंने देखा कि यह दमन प्रभाव (suppression effect) तब सबसे अधिक स्पष्ट था जब कण धीरे चल रहे थे और प्रोटॉन बीम के सापेक्ष पीछे की ओर जा रहे थे। यह पैटर्न इस विचार के अनुरूप है कि परमाणु कोहरा इन कणों के निर्माण को बाधित करने में तब सबसे प्रभावी होता है जब उनके पास आसपास के पदार्थ के साथ बातचीत करने के लिए अधिक समय होता है। परिणामों की तुलना अन्य प्रयोगों के पिछले मापों और सैद्धांतिक मॉडलों के साथ की गई थी जो चारमोनियम के साथ चलते रहने वाले कणों, जिन्हें 'कोमोवर्स' (comovers) कहा जाता है, और परमाणु अवशोषण (nuclear absorption) के मॉडलों को ध्यान में रखते हैं। डेटा इस भविष्यवाणी के साथ अच्छी तरह से फिट बैठता है कि परमाणु माध्यम सक्रिय रूप से psi(2S) के निर्माण में हस्तक्षेप कर रहा है, हालांकि प्रभाव मामूली है।

यह कार्य इस विशिष्ट ऊर्जा पर प्रोटॉन-आर्गन टकराव में इस अनुपात के पहले सटीक माप का प्रतिनिधित्व करता है, जो भविष्य के अध्ययनों के लिए एक महत्वपूर्ण बेंचमार्क के रूप में कार्य करता है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि साक्ष्य दमन प्रभाव की ओर इशारा करते हैं, डेटा का नमूना अभी भी अपेक्षाकृत छोटा है, और इस निष्कर्ष की अधिक निश्चितता के साथ पुष्टि करने के लिए एक बड़े डेटासेट की आवश्यकता होगी। इस माप की सफलता यह भी रेखांकित करती है कि LHCb डिटेक्टर इस फिक्स्ड-टारगेट मोड में संचालित होने में सक्षम है, जो चरम स्थितियों में पदार्थ कैसे व्यवहार करता है, इसके और भी विस्तृत अन्वेषणों के द्वार खोलता है। विभिन्न गैस लक्ष्यों और बड़े डेटा नमूनों के साथ इन मापों को परिष्कृत करना जारी रखकर, भौतिक विज्ञानी उम्मीद करते हैं कि वे एक सघन परमाणु वातावरण के भीतर स्ट्रॉन्ग फोर्स कैसे कार्य करता है, इसका एक पूर्ण चित्र बना सकेंगे, जिससे ब्रह्मांड के सबसे सूक्ष्म स्तरों पर शासन करने वाले मौलिक नियमों पर प्रकाश पड़ेगा।

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