欧洲核子研究组织大型强子对撞机在最大可用能量下发生的重离子碰撞的初始阶段仍然是现代核物理学的一个谜。克拉科夫波兰科学院核物理研究所的物理学家改进的新理论工具将有助于解开这个谜团。

核碰撞过程中发生的现象是如此之快，并且涉及的粒子如此之小，以至于无法直接观察到。猜测这些过程的过程类似于侦探的工作。正如他无法观察正在发生的犯罪行为，必须根据目击者的陈述重建图像一样，物理学家试图根据碰撞中产生并记录的次级粒子给出的“帐户”来重建核现象的过程。通过探测器。

然而，夏洛克·福尔摩斯的任务要容易得多——他可以与目击者自由交谈，而物理学家只能观察粒子的行为。为了重建“犯罪”的实际过程(原子核碰撞)，他们必须创建一种合适的语言来描述事件(数学工具)并用它来叙述发生的事情(借助理论模型)现象)，然后比较由此获得的“证词”是否与记录的粒子似乎“说”的内容一致。

特别难以研究的过程包括大型强子对撞机加速器中重离子碰撞早期阶段发生的现象，此时可能会形成夸克-胶子等离子体。在这种物质状态中，夸克和胶子的行为就像自由粒子一样(在我们周围的世界中，夸克和胶子总是受到强相互作用的束缚，并保留在强子(即质子或中子)内部)。

夸克-胶子等离子体结束得非常快，因为它在膨胀时会冷却。然后夸克和胶子再次被困在强子中，产生在探测器中记录的次级粒子。通过分析碰撞中产生的粒子之间所谓的前后相关性，可以得出夸克-胶子等离子体是否产生的结论。

“前向-后向相关性测量了重离子束碰撞时向前和向后产生的粒子数量之间的关系。尽管这些相关性涉及相距很远的粒子，但它们携带了有关碰撞早期阶段的信息。这是因为向前和向后发射的粒子只能在粒子彼此远离之前形成，即在碰撞开始时，”波兰科学院核物理研究所(IFJPAN)的IwonaSputowska博士说道。Cracow是一位物理学家，也是大型强子对撞机ALICE科学合作组织的成员。

然而，相关性的问题在于，如果使用不当，它们可能会导致错误的结论。举例来说，假设我们对一所小学的所有形式的儿童智力进行研究。然后可能会发现一种相关性，即孩子越聪明，他们的体重就越重。

然而，我们知道实际上智力和体重与另一个变量相关：孩子的年龄。因此，如果我们将研究范围缩小到同龄儿童，他们的智力和体重之间的相关性就会急剧下降。因此，智力和体重之间的相关性对儿童群体的年龄波动很敏感——全校不同年龄段的儿童较多，但同一形式内年龄差异较小。

在检查重离子碰撞中的相关性时，我们遇到了类似的挑战。向前和向后产生的粒子数量之间的关系对两个原子核相互碰撞方式的波动敏感，例如它们是在中心碰撞还是只是相互擦过。

为了解决这个问题，引入了强密集变量的概念。这些量的定义使得它们既不依赖于两个离子如何相互碰撞，也不依赖于在研究事件组中碰撞几何形状的波动程度。

一个强相关变量是sigma。它的目的是提供有关平均源产生二次粒子的方式的信息。然而，在分析作为ALICE实验一部分的铅-铅和氙-氙核碰撞中收集的数据时，Sputowska博士注意到，用于描述这些现象的最流行的模型没有一个与sigma变量的行为相对应。

“只能有一个结论。由于我们的模型无法正确描述大型强子对撞机上可用的最高能量碰撞的实验数据，这意味着我们错误地模拟了平均源如何产生次级粒子，”斯普托斯卡博士说。

出乎意料的是，克拉科夫的理论家在45年前提出的碰撞模型被证明有助于理解西格玛的行为。他们将重原子核的碰撞视为一个核的单个核子与另一个核的单个核子的多次碰撞(在受伤核子模型中)，或者不是质子和中子的碰撞，而是夸克的碰撞(在受伤夸克模型中)。

在这些模型中，假设单一、独立的来源负责产生次级粒子，这些粒子分别是核子或夸克。

先前的模型假设平均源产生具有相同前向和后向概率的次级粒子。根据定义，西格玛应该等于一。事实证明，如果考虑到平均源向前发射粒子的概率与向后发射粒子的概率略有不同，则可以重现其对碰撞几何形状的实际依赖性。

在受伤核子模型中，根据碰撞几何形状，西格玛公式中会出现一个额外项，西格玛不再是强强度变量。

然而，这种情况产生了一个有趣的矛盾，因为西格玛失去了作为强强度变量的地位，但却正确地描述了不依赖于碰撞几何变化的实验数据。

为什么?问题的解决方案事实证明，在受伤源模型中sigma始终给出受伤核子/夸克平均数量的前向-后向相关值，即给定碰撞组中的平均碰撞几何形状。这种情况可以与在儿童平均年龄固定的情况下测量儿童智力和体重之间的相关性进行比较。

“对sigma本质的详细了解使我们能够确定碎片函数，将模型中核子产生的粒子数量与探测器中测量的粒子数量联系起来。这是第一次，对于最高碰撞能量LHC，我们已经能够构建工具，使我们能够可靠地伪造这种非常有趣的西格玛行为，”Sputowska博士总结道。

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