ระบบนิวเคลียร์แบบสามลำตัวเป็นกุญแจสำคัญในหลายแง่มุมของฟิสิกส์นิวเคลียร์สมัยใหม่ เช่น การทำความเข้าใจสมการสถานะของสสารนิวเคลียร์ความหนาแน่นสูงและองค์ประกอบของแกนดาวนิวตรอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ข้อมูลที่กระเจิงจากดิวเทอรอน (คู่โปรตอน-นิวตรอนที่ถูกผูกไว้) และแฮดรอนเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการจำกัดพารามิเตอร์ของอันตรกิริยาทางนิวเคลียร์ นักฟิสิกส์กับความร่วมมืออลิซแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์สามร่างกายดังกล่าวสามารถตรวจสอบได้ผ่านความสัมพันธ์ของแฮดรอน-ดิวเทอรอนในอวกาศโมเมนตัมที่ Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN
ภาพประกอบปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงในระบบโปรตอน-ดิวเทอรอนที่เกิดจากการชนกันของโปรตอน-โปรตอนที่ Large Hadron Collider ของ CERN เครดิตรูปภาพ: ALICE / CERN
โดยทั่วไปแรงพื้นฐานจะอธิบายว่าเป็นอันตรกิริยาระหว่างวัตถุสองชิ้น การขยายไปสู่ระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยเสมอไป
คำอธิบายของระบบสามแฮดรอนที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ในฟิสิกส์นิวเคลียร์สมัยใหม่ เช่น โครงสร้างของนิวเคลียส คุณสมบัติของสสารนิวเคลียร์ความหนาแน่นสูง และองค์ประกอบของแกนดาวนิวตรอน
การชนกันของโปรตอน-โปรตอนที่ LHC ทำให้เกิดอนุภาคจำนวนมากซึ่งปล่อยออกมาใกล้กันมากในระยะห่างประมาณ 10-15m (เฟมโตมิเตอร์)
เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะสำรวจว่าพวกเขามีอิทธิพลต่อกันในทางใดทางหนึ่งก่อนที่จะพ่นออกไปทุกทิศทางหรือไม่
หากอนุภาคสองตัวถูกสร้างขึ้นมาใกล้กันและมีโมเมนต้าและทิศทางที่คล้ายคลึงกัน ทั้งคู่จะต้องขึ้นอยู่กับสถิติควอนตัมแรงคูลอมบ์และมีปฏิสัมพันธ์ที่เข้มแข็ง
หากคู่ใดตัวหนึ่งเป็นดิวเทอรอน ระบบที่มีดิวเทอรอนและแฮดรอนอีกตัวหนึ่ง เช่น โปรตอนหรือคาออน ก็จะเป็นระบบสามตัวอย่างมีประสิทธิภาพ
ดังนั้นการวัดความสัมพันธ์ระหว่างดิวเทอรอนกับแคนหรือโปรตอนจึงคาดว่าจะเปิดเผยอันตรกิริยาของระบบสามตัว
การทำงานร่วมกันของ ALICE ใช้ความสามารถในการระบุอนุภาคที่ยอดเยี่ยมเพื่อศึกษาความสัมพันธ์เหล่านี้ในการชนกันของโปรตอน-โปรตอนที่มีหลายหลากสูงที่พลังงานที่ศูนย์กลางมวล 13 TeV
ผลลัพธ์ที่ได้คือฟังก์ชันสหสัมพันธ์ที่วัดว่าความน่าจะเป็นในการค้นหาอนุภาคสองตัวที่มีโมเมนตาสัมพัทธ์บางอย่างแตกต่างจากที่คาดไว้อย่างไรหากโมเมนตาของพวกมันเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์หรือไม่สัมพันธ์กัน
หากไม่มีความสัมพันธ์กัน ค่าของฟังก์ชันจะเป็นเอกภาพ
ค่าที่อยู่เหนือค่าหนึ่งบ่งชี้ว่ามีปฏิสัมพันธ์ที่น่าดึงดูด ในขณะที่ค่าที่ต่ำกว่าค่าหนึ่งบ่งบอกถึงปฏิสัมพันธ์ที่น่ารังเกียจ
ฟังก์ชันสหสัมพันธ์สำหรับทั้งระบบคาออน-ดิวเทอรอนและโปรตอน-ดิวเทอรอนต่ำกว่าเอกภาพสำหรับโมเมนตาตามขวางสัมพัทธ์ต่ำ ซึ่งบ่งชี้ถึงปฏิกิริยาโต้ตอบที่น่ารังเกียจโดยรวม
การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างคาออน-ดิวเทอรอนแสดงให้เห็นว่าระยะทางสัมพัทธ์ที่เกิดดิวเทอรอนและโปรตอนหรือคาออนนั้นค่อนข้างน้อย ประมาณ 2 fm
ความสัมพันธ์ของคาออน-ดิวเทอรอนได้รับการอธิบายอย่างดีด้วยแบบจำลองสองร่างที่มีประสิทธิผล ซึ่งรวมเอาทั้งอันตรกิริยาของคูลอมบ์และอันตรกิริยาที่รุนแรงระหว่างคานและดิวเทอรอน
ในทางตรงกันข้าม วิธีการแบบสองร่างที่มีประสิทธิผลแบบเดียวกันนั้นไม่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ของโปรตอน-ดิวเทอรอนได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีการคำนวณแบบสามตัวเต็มรูปแบบที่คำนึงถึงโครงสร้างของดิวเทอรอน
คำอธิบายข้อมูลที่ยอดเยี่ยมทำได้โดยใช้การคำนวณทางทฤษฎีที่พิจารณาถึงปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงทั้งแบบสองและสามตัว
สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความไวของฟังก์ชันสหสัมพันธ์กับไดนามิกช่วงสั้นของระบบสามนิวคลีออน
การวัดความสัมพันธ์ในระยะทางสั้นๆ ถือเป็นวิธีการใหม่ในการศึกษาระบบสามร่างกายที่ LHC โดยมีศักยภาพที่จะขยายการศึกษาดังกล่าวไปยังแฮดรอนอื่นๆ
“ผลลัพธ์ของเราได้กำหนดวิธีการทดลองใหม่เพื่อศึกษาพลวัตและแรงของระบบนิวเคลียร์สามตัวด้วยความแม่นยำ” นักฟิสิกส์กล่าว
“แท้จริงแล้ว เนื่องจากการผลิตอนุภาคแปลกและมีเสน่ห์จำนวนมากในการชนกันของนิวเคลียร์ที่ LHC วิธีการที่นำเสนอจึงได้กำหนดขั้นตอนสำหรับการศึกษาแรงสามวัตถุในระบบที่มีความแปลกประหลาดและมีเสน่ห์ในลักษณะโดยตรง”
ของพวกเขากระดาษได้รับการตีพิมพ์ในวารสารการตรวจร่างกาย X-
-
ส.อาจารยาและคณะ- (ความร่วมมืออลิซ) 2024. สำรวจปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งของระบบสามร่างกายที่ LHCฟิสิกส์ รายได้ X14 (3): 031051; ดอย: 10.1103/PhysRevX.14.031051
