

当两个铅离子在大型强子对撞机(LHC)上碰撞时,它们会产生一种极热且密度极高的物质状态,在这种状态下,夸克和胶子不会被限制在称为强子的复合粒子中。这个粒子火球——被称为夸克-胶子等离子体,据信在大爆炸后的几百万分之一秒内充满了宇宙——迅速膨胀并冷却。然后夸克和胶子转变回强子,从碰撞区飞向粒子探测器。
在两个铅离子没有正面碰撞的碰撞中,离子之间的重叠区域呈椭圆形,在强子的流动中留下印记。对这种椭圆流的测量为研究夸克-胶子等离子体提供了一种强有力的方法。在最近发表在arXiv预印本服务器上的一篇论文中,ALICE合作报告了对含有重夸克的强子椭圆流的新测量,这是等离子体的特别强大的探测器。
重离子碰撞产生的夸克-胶子等离子体主要由胶子和轻夸克组成,而重魅力夸克和美丽夸克是在碰撞的初始阶段产生的,在等离子体形成之前。因此,它们在等离子体的整个演化过程中,从膨胀、冷却到转变为强子,都与等离子体相互作用。
与等离子体成分的多次相互作用使重夸克在与夸克质量成反比的时间内与介质达到热平衡。粲夸克比美夸克轻,因此预计粲夸克的热化时间比美夸克短,热化程度比美夸克大。
一旦它们与等离子体一起受热,粲夸克与介质的轻夸克结合形成D介子,而美夸克形成B介子(见上图)。先前的测量表明,这种“提示”D介子的椭圆流几乎与最轻的强子——介子——的流一样强。D介子之所以被命名,是因为它们在碰撞后立即产生。由于预计美夸克的热化时间比粲夸克长,因此预计B介子的椭圆流比提示D介子的椭圆流弱。
在最近对LHC第2次运行期间发生的非正面铅-铅碰撞的分析中,ALICE合作通过测量B介子衰变中产生的“非提示”D介子的流动,测量了B介子的椭圆流。分析的关键是采用了一种机器学习技术,将非提示D介子的衰变产物与提示D介子的衰变产物分离开来,并抑制了许多模拟D介子产生和衰变的背景粒子过程。
新的测量结果表明,非提示D介子的椭圆流比提示D介子的椭圆流弱,与预期相符。这一结果为夸克-胶子等离子体中美丽夸克的热化现象提供了新的线索,并为基于LHC运行3的数据进行新的ALICE测量铺平了道路。
爱丽丝在之前的重离子数据采集期间记录的碰撞次数是其总数的40倍,2023年采集的铅-铅碰撞新样本将允许更详细地研究魅力和美丽粒子的流动,进一步阐明它们在夸克-胶子等离子体中的动力学。