Modification of Υ production in pO and OO collisions at LHCb
LHCb 협력단은 pO 및 OO 충돌에서 Υ 중간자 생성을 측정하였으며, pO 충돌은 약간의 억제만을 보이는 반면 OO 충돌은 쿼크-글루온 플라즈마 형성 및 색 차폐 효과와 일치하는 들뜬 상태의 상당한 억제를 보인다는 것을 발견하였다.
원저자: 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. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, 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, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. 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. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, 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, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. 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, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, 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, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, G. Ruggiero, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, S. Shelton, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. Sun, D. Sundfeld, P. Svihra, V. Svintozelskyi, J. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. 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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우주를 가장 극단적인 요리 실험이 벌어지는 거대한 우주적 주방이라고 상상해 보세요. 이 주방에서 과학자들은 아주 작은 입자들을 빛의 속도에 가깝게 충돌시킵니다. 목표는 무엇일까요? 바로 빅뱅 직후 아주 짧은 순간 존재했던 우주의 조건을 재현하는 것입니다. 당시 우주는 너무 뜨겁고 밀도가 높아서 일반적인 물질이 존재할 수 없었습니다. 이처럼 뜨거운 조건 아래에서 양성자와 중성자—원자의 구성 요소들—는 그보다 더 작은 부분인 쿼크와 글루온의 뜨겁고 혼란스러운 혼합물로 녹아내립니다. 이 초고온, 초고밀도의 수프를 "쿼크-글루온 플라즈마(QGP)"라고 부릅니다. 이것은 마치 콘서트장의 사람들이 너무 빽빽하게 모여 있어서 누가 누구와 손을 잡고 있는지조차 알 수 없는 상태와 같습니다. 모두가 격렬하게 자유롭게 움직이는 상태 말이죠.
이 수프를 연구하기 위해 물리학자들은 바텀오니움(bottomonium)이라 불리는 무거운 입자로 만들어진 특별한 "온도계"를 사용합니다. 이들은 보통 매우 단단하게 손을 잡고 있는 작은 무거운 커플(하나의 바텀 쿼크와 그 파트너)과 같습니다. 하지만 이들을 뜨거운 QGP 수프 속에 던져 넣으면, 열기가 너무 강렬해져서 그들의 움켜쥔 손을 풀어버리고 커플을 분리해 버립니다. 과학자들은 이 충돌에서 얼마나 많은 커플이 살아남는지를 관찰함으로써 그 수프가 얼마나 뜨겁고 밀도가 높은지 알 수 있습니다. 오랫동안 우리는 무거운 납 원자 두 개를 충돌시키는 것과 같은 거대한 충돌에서 이런 현상이 일어난다는 것을 알고 있었습니다. 하지만 큰 의문이 하나 남아 있었습니다. 과연 단일 양성자를 핵에 충돌시키거나, 심지어 두 개의 가벼운 산소 원자를 충돌시키는 것과 같은 훨씬 작은 충돌에서도 이 "수프"가 형성될 수 있을까 하는 점이었습니다. 만약 이 작은 시스템에서도 수프가 형성된다면, 이는 우주가 가장 작은 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 이해를 바꿔 놓을 것입니다.
CERN의 LHCb 협력단이 작성한 이 논문은 바로 이 질문을 깊이 파고듭니다. 그들은 세 가지 다른 유형의 입자 충돌 데이터를 가져왔습니다: 양성자-양성자(당구공 두 개가 부딪히는 것과 같은 기준점), 양성자-산소(양성자가 작은 핵을 때리는 것), 그리고 산소-산소(두 개의 가벼운 핵이 서로 충돌하는 것)입니다. 그들은 특히 세 가지 흥분 상태를 가진 "바텀오니움" 커플들을 살펴보았습니다: 차분한 바닥 상태(Υ(1S)), 약간 흥분된 상태(Υ(2S)), 그리고 매우 흥분하여 흔들거리는 상태(Υ(3S))입니다. 흥분된 상태들은 커플이 손을 느슨하게 잡고 있는 것과 같아서, 차분한 상태들보다 훨씬 쉽게 깨지기 쉽습니다.
연구팀은 각 충돌 유형에서 흥분된 커플이 차분한 커플에 비해 얼마나 자주 생존하는지를 측정했습니다. 양성자-양성자 충돌에서 흥분된 커플과 차분한 커플의 비율은 안정적이었으며, 다른 에너지 수준에서 보았던 것과 일치했습니다. 이는 대조군 역할을 하며, 이 입자들을 방해할 "수프"가 없을 때 이들이 어떻게 행동하는지를 보여주었습니다.
양성자-산소 충돌을 살펴보았을 때, 그들은 작은 문제의 기미를 발견했습니다. 흥분된 커플들이 예상보다 약간 찾기 어려웠는데, 이는 뜨거운 수프가 형성되지 않더라도 산소 핵이 미세한 "차가운" 방해 요소(복잡한 복도에서 누군가와 부딪히는 것과 같은 현상)를 일으키고 있음을 시사합니다. 하지만 이 데이터는 이것이 실제 효과인지 아니면 단순한 통계적 착시인지 확신할 만큼 강력하지는 않았습니다.
그러나 진짜 이야기는 산소-산소 충돌에서 나왔습니다. 여기서 결과는 극적이었습니다. 흥분된 Υ(2S) 커플은 약 2배의 인자로 억제되었습니다. 즉, 차분한 커플들과 비교했을 때 절반 정도만 살아남았다는 뜻입니다. 매우 흥분된 상태인 Υ(3S) 커플 또한 억제되는 증거를 보였습니다. 이는 양성자-산소 결과와 비교했을 때 엄청난 차이입니다. 저자들은 이러한 강력한 억제가 단순히 핵에 의한 "차가운" 효과 때문에는 너무 크다고 설명하며, 이것이 뜨겁고 비국소화된 쿼크-글루온 플라즈마의 형성을 가리킨다고 말합니다. 심지어 이 상대적으로 작은 충돌 시스템에서도 말이죠.
이것이 우연이 아님을 확인하기 위해, 연구진은 두 가지 고급 컴퓨터 모델과 결과를 비교했습니다. KSU-Munich 모델과 TAMU-NP 모델 모두 쿼크-글루온 플라즈마의 물리학을 포함하고 있습니다. 두 모델 모두 산소-산소 데이터에서 나타난 강력한 억제를 성공적으로 예측했습니다. 결론적으로, 작은 양성자-산소 시스템은 변화의 속삭임만을 보여준 반면, 산소-산소 시스템은 명확한 신호를 외쳤습니다. 즉, 이 작은 충돌에서도 쿼크-글루온 플라즈마가 형성되어, 거대한 납 충돌에서 그러하듯 흥분된 무거운 쿼크 커플들을 분리하고 있을 가능성이 높다는 것입니다. 이는 초기 우주의 "수프"가 우리가 생각했던 것보다 더 작고 가벼운 충돌에서도 더 쉽게 만들어질 수 있음을 시사합니다.
기술 요약: LHCb에서의 pO 및 OO 충돌 시 Υ 생성의 변형
문제 및 동기
쿼크와 글루온이 강입자 내에 구속되지 않은 탈구속 상태인 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)의 형성은 고에너지 핵물리학의 핵심 목표이다. QGP 형성의 주요 징후는 색 차폐(color screening)로 인한 쿼크로늄 상태(무거운 쿼크-반쿼크 쌍의 결합 상태)의 억제이며, 이는 무거운 쿼크 사이의 결합 포텐셜을 약화시킨다. Υ(nS) 상태(Υ(1S), Υ(2S), Υ(3S))의 순차적 억제는 PbPb와 같은 대형 충돌 시스템에서 잘 확립되어 왔으나, 더 작은 시스템에서의 QGP 효과와 냉핵물질(CNM) 효과(예: 핵 파톤 분포 수정 및 에너지 손실) 사이의 상호작용는 여전히 덜 이해되어 있다.
최근 LHC 실험들은 더 가벼운 이온, 구체적으로 산소-산소(OO) 및 양성자-산소(pO) 충돌을 도입하여, CNM 효과를 제약하고 더 작은 충돌 부피에서 QGP 형성의 시작을 탐색하기 위한 독특한 테스트 베드를 제공하였다. OO 충돌에서는 집단 효과와 파톤 에너지 손실이 관찰되었으나, 특히 pp 기준선과 관련하여 바텀로니움(bottomonium) 상태의 구체적인 거동, 즉 억제 메커즘의 상호작용에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않았다.
방법론
LHCb 협력단은 세 가지 충돌 시스템(pp, pO, OO)에서 Υ(1S) 기저 상태에 대한 Υ(2S) 및 Υ(3S) 메존의 생성율을 측정하였다.
- 데이터 샘플: 분석에는 Run 3 동안 기록된 데이터를 활용하였다. pp 및 OO 데이터셋은 각각 sNN=5.36 TeV의 중심 질량 에너지당 핵자당 에너지에서 수집되었으며, 적분 휘도는 각각 약 230 pb−1 및 5.5 nb−1이다. pO 데이터셋은 sNN=9.62 TeV에서 약 33 nb−1의 휘도로 수집되었다.
- 재구성: Υ 상태들은 LHCb 전방 스펙트로미터 수용 영역(2<η<5) 내에서 디뮤온 붕괴 채널(Υ(nS)→μ+μ−)을 통해 재구성되었다.
- 분석 기법: 불변 질량 스펙트럼(Mμ+μ−)은 확장된 빈 최대 우도 방법(extended binned maximum-likelihood method)을 사용하여 피팅되었다. 신호 분포는 Crystal Ball 함수로 모델링되었고, 배경(background)은 지수 함수로 기술되었다. Υ 상태들의 질량 차이와 폭은 알려진 값과 시뮬레이션 스케일링을 사용하여 제약되었다.
- 효율 보정: 생성 단면적의 비율은 검출기 수용도, 트리거, 재구성 및 입자 식별 효율에 대해 보정되었다. 이러한 효율들을 모델링하기 위해 시뮬레이션(pp의 경우 Pythia, pO/OO의 경우 EPOS)이 사용되었으며, 계통 오차는 데이터 기반 방법(예: tag-and-probe)과의 비교 및 운동학적 분포의 변화를 통해 도출되었다.
- 비교 지표: 연구는 단면적 곱하기 분기비(σΥ(nS)/σΥ(1S)×B)의 비율을 제시하였으며, 매질 효과를 격리하기 위해 pp 기준선에 대한 "이중 비율(double ratios)"을 계산하였다.
주요 기여 및 결과
- pp 기준선 일관성: s=5.36 TeV에서의 pp 충돌에서 측정된 Υ(2S)/Υ(1S) 및 Υ(3S)/Υ(1S) 비율은 더 높은 에너지(7, 8, 13 TeV)에서의 이전 LHCb 측정값과 일치한다. 가중 평균값은 각각 0.2527±0.0025와 0.1220±0.0013으로, 이러한 비율이 측정된 에너지 범위 전반에서 안정적임을 확인하였다.
- pO 충돌 결과: pO 충돌에서는 pp에 비해 Υ(2S) 및 Υ(3S) 상태의 미세한 상대적 억제가 관찰되었다. 그러나 pO 데이터의 통계적 불확실성이 너무 커서 CNM 효과의 크기에 관한 확고한 결론을 내리기에는 한계가 있었다.
- OO 충돌 결과: OO 충돌에서 유의미한 억제가 관찰되었다:
- Υ(2S)/Υ(1S) 비율은 pp 데이터에 비해 약 2배의 인자로 억제되었다. 이 억제는 pO에서 관찰된 것보다 훨씬 크며, 이는 CNM 효과 이상의 메커니즘이 작용하고 있음을 시사한다.
- Υ(3S)/Υ(1S) 비율 또한 pp 대비 약 2배의 인자로 억제되었으나, 이 값은 불확실성 범위 내에서 pO에서 보이는 억제와 일치한다. 그럼에도 불구하고, 이 비율은 1과의 차이가 ∼3.5 표준 편차에 달하며, 이는 OO 충돌에서 Υ(3S) 상태의 억제에 대한 증거를 제공한다.
- 모델 비교: 관찰된 OO 충돌의 억제 패턴은 두 가지 이론적 모델인 KSU-Munich 모델(Lindblad 방정식을 푸는 열린 양자계 접근법) 및 TAMU-NP 모델(준고전적 수송 모델)과 비교되었다. CNM 효과와 탈구속된 QGP와의 바텀로니움 상호작용을 모두 포함하는 두 모델 모두 측정된 비율을 성공적으로 설명한다.
- 이중 비율: OO 충돌에서의 이중 비율(ion/pp)은 Υ(2S)/Υ(1S)에 대해 약 4.8 표준 편차만큼 1과 다르며, 이는 상당한 억제를 나타낸다. Υ(3S)/Υ(1S) 이중 비율 또한 모든 시스템에서 억제를 보여주며, 이는 CNM 효과와 QGP 효과의 상호작용과 일치한다.
의의
본 논문은 pO 충돌에서의 최소한의 효과와 대조되는 OO 충고에서의 Υ(2S) 및 Υ(3S) 상태의 유의미한 억제가, 상대적으로 작은 OO 충돌 시스템에서 추가적인 억제 메커니즘의 출현에 대한 새로운 증거를 제공한다고 주장한다. 저자들은 이러한 메커니즘이 OO 충돌에서의 쿼크-글루온 플라즈마 형성과 일치한다고 결론짓는다. 결과는 대형 PbPb 시스템에서 관찰되는 억제 계층 구조(들뜬 상태가 기저 상태보다 더 많이 억제되는 현상)가 더 작은 OO 시스템에서도 나타남을 보여주며, 이는 가벼운 이온 충돌에서도 QGP 형성이 일어날 수 있다는 가설을 뒷받침한다. 데이터는 QGP 형성을 포함하는 모델들에 의해 잘 설명되며, 이는 냉핵물질 효과와 탈구속된 매질 내에서의 색 차폐 사이의 상호작용을 강조한다.
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