Měření inklusivní produkce jetů u srážek proton-antiproton při √s=1.96 TeV

Chceme-li zkoumat vlastnosti hmoty na co nejmenších vzdálenostech, je k tomu, dle Heisenbergova principu neurčitosti, potřeba vyvolat procesy s co největší změnou hybnosti. Před uvedením urychlovače LHC do provozu byl nejvhodnějším místem urychlovač Tevatron, který produkoval vstřícné srážky protonů s antiprotony při těžišťové energii √s=1.96 TeV, což byla v té době největší v laboratoři dostupná energie. Díky tomu, že protony s antiprotony nejčastěji interagují pomocí silné jaderné síly, dochází k největšímu přenosu hybnosti právě v procesech indukovaných touto interakcí. V těchto procesech jsou partony (konstituenty protonu, buď kvarky nebo gluony) vyraženy obrovskou rychlostí z protonu ven. Vyražené partony nabalí na sebe další hadrony (silně interagující částice, tj. například piony, protony apod.) a v detektoru pak pozorujeme silně kolimovanou vysokoenergetickou spršku částic – tzv. jet, viz obrázek vlevo. Změřená četnost produkce jetů, viz obrázek vpravo, je v dobrém souhlasu s teoretickými předpověďmi kvantové chromodynamiky i pro jety s příčnými hybnostmi nad 600 GeV a z dat lze učinit závěr, že naše představy o vlastnostech hmoty platí i na vzdálenostech asi tisíckrát menších než je samotný rozměr protonu.

Publikované měření inklusivní produkce jetů bylo nejpřesnějším měřením svého druhu. Zde prezentovaná práce navazuje na předchozí práci, která pouze stručně reportovala výsledek měření. V rozšířeném článku byla detailně popsána metodika měření, díky které bylo možné dosáhnout této přesnosti. Jednalo se především o metodu energetické kalibrace jetů, kde sehráli významnou úlohu pracovníci našeho ústavu.

Vlevo: Srážka protonu s antiprotonem, při které se vyprodukovaly jety s jednou z největších příčných hybností zaznamenaných detektorem D0. Vpravo: Změřený účinný průřez produkce jetů a porovnání s teoretickými předpověďmi kvantové chromodynamiky (NLO pQCD).

¹Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia
²Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Praha, Czech Republic