Кварк-глюонная плазма как источник лептонов высоких энергий

1. Кварк-глюонная плазма как источник лептонов высоких энергий А.Г. Богданов, Р.П. Кокоулин, В.А. Окороков, А.А. Петрухин, М.Н. Стриханов (НИЯУ МИФИ) Научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» ИТЭФ, Москва, 21-25 ноября 2011

2. Необходимость рассмотрения кварк-глюонной плазмы в качестве источника лептонов высоких энергий возникла при анализе и обобщении данных различных экспериментов в области физики космических лучей

3. “Прямые” измерения энергетического спектра и массового состава первичных космических лучей (E0 < 1015 эВ) K. Nakamura et al., J. Phys. G 37, 075021 (2010) H.S. Ahn et al., arXiv:1004.1123v1 [astro-ph.HE] http://atic.phys.lsu.edu ATIC

4. Широкие атмосферные ливни (ЯЭК) http://nuclphys.sinp.msu.ru A. Haungs, CORSIKA school, Freudenstadt-Lauterbad, 2008 Measurement Techniques of Air Showers http://www-ik.fzk.de/KASCADE_home.html KASCADE

5. Энергетический спектр и массовый состав первичных космических лучей по данным ШАЛ (E0> 1015 эВ) J. Blumer et al. Progress in Particle and Nuclear Physics 63 (2009) 293 Xmax K. Nakamura et al., J. Phys. G 37, 075021 (2010) direct measurements extensive air showers ??? E, A, interactions electrons,muons,hadrons астрофизика и/или ядерная физика?

6. Требования к модели адронных (ядро-ядерных) взаимодействий при сверхвысоких энергиях • пороговое поведение (появление необычных событий, “излом” в спектре ШАЛ при энергиях больше нескольких ПэВ); • большое сечение (изменение наклона спектра ШАЛ); • большой орбитальный момент (феномен “выстроенности” в гамма-адронных семействах); • значительный выход лептонов (избыток высокоэнергичных мюонов и их групп, “проникающие” каскады и “длиннопробежная компонента”, “missing energy” – разность между энергией первичной частицы и измеряемой на установках энергией ШАЛ). • изменение развития ШАЛ (увеличение числа мюонов по отношению к числу электронов N / Ne и уменьшение темпа роста глубины максимума развития ливней Xmax в области за изломом спектра, missing energy)

7. Качественная модель изменения адронных взаимодействий при сверхвысоких энергиях Порог – рождение нового физического объекта (частицы, состояния материи) с массой ~ 1 ТэВ (?) Образование “сгустка” кварк-глюонной плазмы (материи) Сечение – переход от взаимодействия отдельных кварков к коллективному взаимодействию многих кварков (и глюонов) Орбитальный момент (~ 104) – нецентральные соударения ионов (Jian-Hua Gao et al., 2008) Центробежный барьер: Образование t-кварков (высокоэнергичные мюоны и нейтрино, изменение развития ШАЛ)

8. Мюоны и нейтрино “быстрой” генерации Энергетические распределения мюонов и нейтрино: слева – стандартные ppвзаимодействия, справа – принудительное образование пар t-кварков в pp взаимодействиях. Доля энергии, уносимая парой t-кварков, от энергии налетающего протона Ep(ЛС): около 14% при Ep = 1016 эВ; 7% при Ep = 1017 эВ; 3% при Ep = 1018 эВ. Доля энергии, уносимая мюонами и нейтринобыстрой генерации, составляет в среднем 20% от энергии пары t-кварков.

9. Мюоны космических лучей E.V. Bugaev et al., Phys. Rev. D58 (1998) 05401; Yu.F. Novoseltsev et al., Astrophys. Space Sci. Trans., 7 (2011) 483 Энергетический спектр мюонов на уровне моряпо экспериментальным данным различных установок

10. Продольное развитие ШАЛ Средние каскадные кривые (продольные профили) электронов ШАЛ: от разных первичных ядер (слева) и для разных сценариев первого взаимодействия (справа).

11. Формирование спектра первичных космических лучей с учетом модели изменения адронных взаимодействий масса мишени: энергия, уносимая t-кварками: пороговая энергия: E1 – энергия первичной частицы (ЛС),E2 – измеряемая энергия ШАЛ,1 = 2.7 и 2=3.1 – показатели наклона спектра космических лучей до и после излома (knee)

12. Результат интерпретации “излома” спектра космических лучей за счет изменения характера адронных взаимодействий Энергетические спектры основных групп ядер первичных космических лучей (изменение характера адронных взаимодействий сначала происходит для более тяжелых ядер). Энергетический спектр первичных космических лучей (“all-particle”).

13. A+A КГП t-кварки  ШАЛ* Рассмотренная модель изменения характера адронных (ядро-ядерных)взаимодействий в области сверхвысоких энергийпозволяет объяснить большинство особенностей поведения различных компонент ШАЛ

14. Спасибо за внимание!

16. Иллюстрация нецентрального столкновения тяжелых ионов Jian-Hua Gao et al., Phys. Rev. C, 77 (2008) 044902 Noncentral heavy-ion collision with impact parameter b. The global angular momentum of the produced dense matter is along − ˆy, opposite to the reaction plane. Total orbital angular momentum of the overlapping system in Au+Au collisions at the RHIC energy as a function of the impact parameter b.

17. Иллюстрация космофизической модели poly-gonato J. Horandel, Advances in Space Research 41 (2008) 442

18. Результаты измерения глубины максимума развития ШАЛ P.K.F. Grieder, Extensive Air Showers: High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects, 2010.

19. Схема эксперимента “Памир” и пример зарегистрированного события A. Haungs et al., Rep. Prog. Phys., 66 (2003) 1145

20. Примеры “выстроенности” ЭВЦ гамма-адронных семейств в рентгеноэмульсионных камерах Р.А. Мухамедшин, Письма в ЭЧАЯ, 2006, N 4 (133), с. 25; А.К. Манагадзе и др., Письма в ЭЧАЯ, 2002, N 3 (112), с. 19

21. “Проникающие” каскады E. Gladysz-Dziadus, ЭЧАЯ, 2003, т. 34, вып. 3, с. 563

22. Энергетический спектр первичных космических лучей