Данные БАК подтвердили новую модель образования адронов и проверили основы квантовой механики

Данные с Большого адронного коллайдера (БАК) подтвердили работоспособность усовершенствованной модели образования адронов в протонных столкновениях и позволили проверить один из фундаментальных принципов квантовой механики — унитарность.

Когда два высокоэнергетических протона из встречных пучков БАК сталкиваются, энтропия взаимодействующих кварков и глюонов практически идентична энтропии адронов, которые впоследствии разлетаются от точки столкновения. Автор: IFJ PAN

Интуиция подсказывает, что энтропия (мера числа возможных состояний системы) в начальной фазе столкновения, представляющей собой «кипящее море» кварков и глюонов, должна отличаться от энтропии рождающихся на выходе адронов. Однако результаты измерений на БАК показывают, что это не так.

Профессор Кшиштоф Кутак и доктор Шандор Локош из Института ядерной физики Польской академии наук в Кракове представили в Physical Review D результаты исследования, основанного на обобщённой дипольной модели. Эта модель, разработанная два года назад, описывает эволюцию плотных глюонных систем с учётом эффектов, важных для столкновений при более низких энергиях.

Для проверки модели учёные использовали данные четырёх основных экспериментов БАК (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb) в широком диапазоне энергий столкновений — от 0,2 до 13 ТэВ. Модель не только точнее описывает существующие данные, чем предыдущие версии, но и хорошо работает в более широком энергетическом диапазоне.

Сохранение энтропии от кварк-глюонной фазы до адронной является следствием унитарности квантовой механики. Этот принцип требует, чтобы уравнения, описывающие эволюцию квантовой системы, сохраняли полную вероятность (равную единице) и были обратимыми, то есть не допускали потери или создания информации «из ниоткуда».

Дальнейшая проверка модели станет возможной в начале следующего десятилетия после модернизации БАК и детектора ALICE, который позволит изучать ещё более плотные глюонные системы. Также ценными будут данные строящегося в США коллайдера EIC (Electron–Ion Collider), где столкновения электронов с протонами позволят исследовать плотные глюонные системы в отдельных протонах.

Больше информации: Krzysztof Kutak et al, Entropy and multiplicity of hadrons in the high energy limit within dipole cascade models, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/23wn-66np