Plus l'énergie de collision des particules est élevée, plus la physique est intéressante. Des scientifiques de l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences de Cracovie ont trouvé une confirmation supplémentaire de cette hypothèse, cette fois, dans la collision à haute énergie de protons avec des protons ou des noyaux de plomb.

Lorsqu'un proton entre en collision à haute énergie avec un autre proton ou noyau atomique, l'effet de la collision est un flux de particules secondaires appelé jet. Certains de ces jets s'étendent latéralement, mais il y en a qui gardent une direction de mouvement proche de celle primaire. Les détails de la trajectoire de collision sont déterminés non seulement par le type de particules en collision, mais aussi par de nombreux autres facteurs, en particulier, la quantité d'énergie. Dans Physique Lettres B , un groupe de quatre scientifiques de l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) à Cracovie a montré que des phénomènes supplémentaires doivent être pris en compte aux énergies les plus élevées obtenues dans l'accélérateur LHC afin de produire une description précise du déroulement de la collision de protons avec des protons ou des noyaux de plomb.

L'expérience ATLAS à l'accélérateur LHC (CERN, Genève) enregistre depuis des années les collisions de deux faisceaux de protons ou d'un faisceau de protons avec un faisceau de noyaux de plomb voyageant dans des directions opposées. Les chercheurs basés à Cracovie ont examiné de plus près les dernières données concernant les collisions à haute énergie atteignant cinq téraélectrons-volts (c'est-à-dire, des milliers de milliards d'eV). Une attention particulière a été accordée aux cas dans lesquels les jets partant du point de collision se sont déplacés vers l'avant, c'est à dire., le long de la direction d'origine des poutres.

" Ni les protons ni les neutrons trouvés dans les noyaux atomiques ne sont des particules élémentaires. Habituellement, on dit qu'ils sont constitués de trois quarks, mais c'est une énorme simplification excessive. En réalité, chaque proton ou neutron est une entité extrêmement dynamique remplie d'une mer de gluons constamment en ébullition, c'est à dire., les particules qui collent les quarks ensemble. Il y a un fait intéressant lié à ce dynamisme :selon le comportement de ses particules constituantes, c'est à dire., partons, le proton peut être parfois plus dense ou parfois moins. Et cela explique pourquoi nous trouvons les cas de collisions avec des jets dirigés vers l'avant si intéressants. Ils concernent des situations où un proton est dilué, ou se comporte comme une balle, et l'autre est dense, ou se comporte comme une cible, " explique le Dr Krzysztof Kutak (FIJ PAN).

Dans leur modèle de collisions de protons à haute énergie, les physiciens de l'IFJ PAN ont pris en considération deux phénomènes connus auparavant. Le premier est lié au fait que lorsque l'énergie de collision augmente, le nombre de gluons formés à l'intérieur des protons augmente, trop. Il s'avère que ce processus ne se poursuit pas indéfiniment. À un certain point, lorsque l'énergie de collision est suffisamment élevée, il y a tellement de gluons qu'ils commencent à se recombiner. Un équilibre dynamique est alors créé entre le processus de production des gluons et leur recombinaison. Cet effet est appelé saturation.

Le deuxième facteur pris en compte par les physiciens de Cracovie était l'effet Sudakov. Cela concerne des situations dans lesquelles la quantité de mouvement de la différence des quantités de mouvement des jets générés est supérieure à la quantité de mouvement des partons initiant la production de jets. Ce résultat apparemment contradictoire est en réalité le résultat d'effets quantiques associés au transfert de quantité de mouvement entre les partons impliqués dans la collision. Par conséquent, la probabilité de produire des jets dos à dos est réduite et la probabilité de production de jets à angle azimutal modéré est améliorée.

"La saturation et l'effet Sudakov sont connus depuis un certain temps. Cependant, leur interaction n'a pas été abordée. Les conditions extrêmes qui sont créées dans la production de di-jets directs nous ont motivés à prendre en compte les deux effets, " explique le Dr Andreas van Hameren (IFJ PAN). " L'effet Sudakov était généralement pris en compte dans les simulations. Cependant, une fois que l'énergie est suffisamment élevée, les effets non linéaires s'activent, et il faut tenir compte de la saturation, " dit le Dr Piotr Kotko (FIJ PAN, AGH).

Cette déclaration est complétée par le Dr Sebastian Sapeta (FIJ PAN) :« Nous avons nous-mêmes pris en considération l'effet Sudakov dans l'un de nos précédents articles, mais seulement dans les cas où certains jets couraient dans une direction « vers l'avant » et certains restaient dans la zone centrale du détecteur, c'est à dire., diffusé à un grand angle par rapport à la direction du faisceau. Lors de la description de tels événements, nous pourrions omettre la saturation."

Dans leur dernière publication, le groupe basé à Cracovie a prouvé que pour que la description théorique concorde avec les données expérimentales, les collisions à haute énergie nécessitent la prise en compte simultanée de ces deux phénomènes. Cet article est la première description complète de la production de jets vers l'avant dans les collisions proton-proton à haute énergie et proton-noyau (plomb). Actuellement, les auteurs travaillent sur une extension du formalisme proposé aux collisions avec production d'un plus grand nombre de jets et de particules.