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ALICE analisou colisões chumbo-chumbo não frontais e comparou o fluxo elíptico de mésons D produzidos logo após as colisões (mésons D “rápidos”) com aqueles que são produzidos posteriormente nos decaimentos dos mésons B (“mésons não imediatos”). ”D mésons). (Imagem: CERN)
Quando dois íons de chumbo colidem no Grande Colisor de Hádrons (LHC), eles produzem um estado de matéria extremamente quente e denso no qual os quarks e os glúons não estão confinados dentro de partículas compostas chamadas hádrons. Esta bola de fogo de partículas – conhecida como plasma quark-glúon e que se acredita ter preenchido o Universo nos primeiros milionésimos de segundo após o Big Bang – expande-se e arrefece rapidamente. Os quarks e glúons então se transformam novamente em hádrons, que voam para fora da zona de colisão em direção aos detectores de partículas.
Em colisões onde os dois íons de chumbo não colidem frontalmente, a região de sobreposição entre os íons tem uma forma elíptica que deixa uma marca no fluxo de hádrons. As medições desse fluxo elíptico fornecem uma maneira poderosa de estudar o plasma de quark-glúon. Em um artigo recente, a colaboração ALICE relatou uma nova medição do fluxo elíptico de hádrons contendo quarks pesados, que são sondas particularmente poderosas do plasma.
Ao contrário dos glúons e quarks leves que constituem a maior parte do plasma quark-glúon criado em colisões de íons pesados, os quarks charme e beleza pesados são produzidos nos estágios iniciais das colisões, antes da formação do plasma. Eles interagem, portanto, com o plasma ao longo de toda a sua evolução, desde a sua expansão e resfriamento até a sua transformação em hádrons. Múltiplas interações com os constituintes do plasma colocam os quarks pesados em equilíbrio térmico com o meio dentro de um tempo que é inversamente proporcional à massa do quark. Os quarks charm são mais leves que os quarks beauty, portanto, um tempo de termalização mais curto e um maior grau de termalização são esperados para os quarks charm do que para os quarks beauty.
Uma vez termalizados com o plasma, os quarks charm formam mésons D e os quarks beauty formam mésons B, combinando-se com os quarks light do meio (ver figura acima). Medições anteriores mostraram que o fluxo elíptico desses mésons D “rápidos”, assim chamados porque são produzidos logo após as colisões, é quase tão forte quanto o dos hádrons mais leves, os píons. Como se espera que o tempo de termalização seja mais longo para os quarks beauty do que para os quarks charm, prevê-se que o fluxo elíptico dos mésons B seja mais fraco do que o dos mésons D imediatos.
Em sua recente análise de colisões não frontais entre condutores que ocorreram durante a 2ª execução do LHC, a colaboração ALICE mediu o fluxo elíptico de mésons B, medindo o fluxo de mésons D “não imediatos” que são produzidos nos decaimentos dos mésons B (veja a figura acima). A chave para a análise foi a adoção de uma técnica de aprendizado de máquina para separar os produtos do decaimento dos mésons D não imediatos daqueles dos mésons imediatos, bem como para suprimir os muitos processos de partículas de fundo que imitam a produção e o decaimento do méson D. .
A nova medição mostra que o fluxo elíptico dos mésons D não imediatos é mais fraco do que o de seus equivalentes imediatos, de acordo com a expectativa. O resultado lança uma nova luz sobre a termalização dos quarks beauty no plasma de quark-glúon e abre caminho para novas medições ALICE baseadas em dados da Execução 3 do LHC. Com 40 vezes mais colisões do que o total registrado pelo ALICE em seus períodos anteriores de coleta de dados de íons pesados, a nova amostra de colisões chumbo-chumbo coletada em 2023 permitirá que o fluxo de partículas de charme e beleza seja estudado com maior detalhe, lançando mais luz sobre a sua dinâmica no plasma quark-glúon.
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