Silne oddziaływania pod okiem naukowców

Zderzenia wysokoenergetycznych hadronów dostarczają mnóstwa informacji z dziedziny fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. Poza tym że rzucają nieco światła na struktury wewnętrzne nukleonu i jądra, pozwalają zbadać silne interakcje między kwarkami a gluonami. Teoria pola opisująca interakcje tak elementarnych cząstek — na które składają się hadrony, takich jak proton, neutron i pion — nazywa się chromodynamiką kwantową (QCD). Wysokoenergetyczne zderzenia hadronów są także nieocenioną pomocą w poszukiwaniach w dziedzinie fizyki cząstek wykraczających poza model standardowy.


Głównym celem finansowanego przez UE projektu "Resummation of higher orders in QCD perturbation theory" (RESUQCD) było dalsze rozwinięcie technik resumacji QCD wszystkich rzędów dla określonych zmiennych obserwowalnych, dostarczając tym samym najnowocześniejszych prognoz teoretycznych. Projekt RESUQCD zbadał przede wszystkim resumację korekcji logarytmicznych stałych przekrojów rozpraszania w perturbacyjnej QCD.


Wyniki powinny doprowadzić do lepszej kontroli teoretycznych prognoz dla wielu przekrojów w fizyce wysokoenergetycznej, począwszy od eksperymentów o ustalonej wartości docelowej po wysokoenergetyczne zderzacze. Prace w ramach projektu będą przydatne dla trwających obecnie eksperymentów w dziedzinie fizyki wysokoenergetycznej i cząstek na całym świecie, takich jak COMPASS (Genewa, Szwajcaria), HERMES (Hamburg, Niemcy) czy RHIC (Brookhaven, Stany Zjednoczone). Ich nadrzędnym celem jest dostarczenie nowych informacji na temat wewnętrznej struktury nukleonu. Można to osiągnąć jedynie przez porównanie danych z prognozami teoretycznymi dotyczącymi odpowiedniej kinematyki każdego z eksperymentów.


W eksperymentach COMPASS i HERMES naukowcy wykorzystują asymetrie spinu w procesie fuzji fotonu z gluonem, chcąc zbadać zależny od spinu rozkład gluonu w nukleonie. W obu eksperymentach o ustalonej wartości docelowej, zjawiska resumacji progowej QCD są znaczące. Projekt RESUQCD wyprowadził resumację logarytmów progowych przy wszystkich rzędach dla procesu produkcji fotojądrowej z wysokim pędem poprzecznym.


Zespół RESUQCD zbadał różne czyste reakcje QCD, skupiając się głównie na ich fenomenologii. Naukowcy zbadali przede wszystkim produkcję strumienia w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), gdzie obliczenia resumacji mogą posłużyć do prognozowania wielkości składników wyższego rzędu w seriach perturbacyjnych. Inne osiągnięcia obejmują analizowanie rozkładu partonu skrętności i określenie zależności kątowych różnych rozkładów pędu poprzecznego w LHC, które dostarczają wyjątkowego wglądu w dynamikę gluonu.


Badania resumacji w ramach projektu RESUQCD pozwoliły lepiej zrozumieć perturbacyjną strukturę QCD wysokich rzędów, a tym samym silne interakcje.