Ноябрьский семинар коллаборации RDMS CMS “Физика на Большом адронном коллайдере” был посвящен обсуждению экспериментальных данных и теоретических представлений о свойствах кварк-глюонной среды, образующейся в результате взаимодействий адронов и ядер при высоких энергиях на ускорителях RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider) в Брукхейвенской национальноой лаборатории (Нью-Йорк) и LHC в ЦЕРН. Необычность этих свойств и их неожиданные новые проявления вызывают в последнее время повышенный интерес специалистов и горячие дискуссии вокруг предлагаемых гипотез об их природе. Особое внимание привлекает к себе изучение соударений ядер свинца на LHC, начавшееся в ЦЕРН примерно месяц назад.

О нем подробно рассказал доктор физико-математических наук профессор Игорь Дремин (ФИАН) в докладе “Кварк-глюонная среда”, который прозвучал в конференц-зале Учебно-научного центра Объединенного института ядерных исследований. Участниками семинара, традиционно проходящего в режиме телетрансляции, стали ученые, собравшиеся в точках двустороннего видеодоступа в ИЯИ, ФИАН, ОИЯИ, ПИЯФ, ЦЕРН, ТГУ (Томск), АГУ (Барнаул), КГУ (Кемерово), ОГУ (Омск), НГТУ (Новосибирск), ЯрГУ (Ярославль).
Как известно, основные экспериментальные сведения ученые получают сейчас с ускорителей Tevatron, RHIC и LHC. Горячее и плотное состояние материи, называемое кварк-глюонной плазмой, было обнаружено в экспериментах на RHIC. В столкновениях тяжелых ионов на LHC подобная материя образуется в условиях гораздо более высоких энергий. Достижимые на Большом адронном коллайдере энергии соударения составляют 7 ТэВ в протонных столкновениях и 2,76 ТэВ для пары нуклонов в столкновениях ионов.
По словам докладчика, основная теоретическая идея заключается в том, что адроны состоят из кварков и связующих их глюонов. С ростом энергии их число (особенно глюонов) в соударяющихся адронах заметно возрастает. В связи с этим возникает вопрос о свойствах системы, состоящей из большого числа кварков и глюонов, и в частности о возможном проявлении коллективных свойств в такой среде.
Игорь Дремин рассказал, что в рамках теоретических интерпретаций установилось общее “согласие” по протон-протонным (рр) взаимодействиям. Мягкие процессы с малыми переданными импульсами описываются с помощью феноменологических подходов, представлений о рождении небольших коррелированных групп частиц - кластеров, решений уравнений мультипериферических моделей с малыми передачами импульса. В то же время жесткие процессы, в которых происходит большой обмен импульсов, описываются в рамках пертурбативной квантовой хромодинамики (КХД) рождением кварков и глюонов, приводящим к образованию струй и их эволюции, заканчивающейся множественным рождением адронов.
Эксперименты RHIC по соударениям тяжелых ионов показали отличия от рр-взаимодействий в спектрах частиц, корреляциях, коллективных потоках частиц, химическом составе (долях “странных” частиц, протонов и т.д.). Ученые сделали выводы о том, что особенности соударений ионов не сводятся к простому пересчету на независимые соударения нуклонов, в результате этого процесса образуется некая кварк-глюонная среда (плазма, жидкость).
Вместе с тем появление “хребта” (специфической корреляции, когда частицы рождаются с малыми разностями азимутальных углов и широко распределены по полярным углам) в соударениях ядер золота при энергиях RHIC интерпретировалось вначале как типично ядерный эффект, но наблюдение CMS коллаборацией аналогичных черт в рр-соударениях с энергией
7 ТэВ требует другого описания. В частности, возникает естественный вопрос о состояниях возбужденных кварков и глюонов при этих энергиях и о том, могут ли проявляться их коллективные свойства в нуклонных столкновениях. Обсуждению этой проблемы будет посвящено специальное заседание очередного семинара RDMS CMS, которое запланировано на 20 января 2011 года.
Успешная работа LHC в режиме столкновения ядер свинца с энергией 2,76 ТэВ, начатая 7 ноября, уже привела к публикации первых экспериментальных результатов. Обнаружены заметные отличия от большинства теоретических предсказаний, и теперь требуется интенсивная работа по их осмыслению и коррекции. По мнению Игоря Дремина, ввиду сложности подхода к проблеме сильных взаимодействий в процессе этой работы придется модифицировать некоторые используемые формулы и параметры. Несмотря на множество остающихся неопределенностей, учеными делаются новые теоретические предсказания, которые активно сопоставляются с получаемыми экспериментальными данными. На повестку дня вновь все острее выдвигается вопрос о коллективных свойствах кварк-глюонной среды, образующейся в соударениях адронов и ядер с высокими энергиями.