Highly compressed nuclear matter as source of ultrahigh-energy particles

Происхождение космических лучей сверхвысоких энергий (UHECR, (E ≥ 1017 эВ) остается одной из важнейших нерешенных проблем современной астрофизики и физики высоких энергий, стимулируя поиск новых механизмов передачи энергии отдельным частицам. В предыдущих работах рассматривался возможный механизм рождения UHECR, основанный на передаче энергии отдельным партонам в плотной сильно взаимодействующей ядерной среде.
Мотивацией для исследования этого механизма служат результаты экспериментов по столкновениям ультрарелятивистских тяжелых ионов на коллайдерах RHIC и LHC, свидетельствующие об образовании плотной партонной среды с коллективными свойствами. Это позволяет поставить вопрос о возможности передачи части энергии такой средой отдельному партону — по аналогии с обратным эффектом Комптона (ICE), при котором релятивистский электрон передает энергию фотону.
В качестве возможного квантово-хромодинамического (КХД) аналога ICE рассматриваются кинематические конфигурации партонного процесса (qg→qg), в которых энергия входящего кварка превышает энергию входящего глюона. Конфигурации, в которых энергия входящего глюона превышает энергию входящего кварка, рассматриваются как КХД-аналог прямого эффекта Комптона (DCE).
Поскольку моделирование коллективной многопартонной динамики плотной ядерной среды осложняется большим числом взаимодействующих степеней свободы и необходимостью описания эволюции среды, на данном этапе исследуются более простые системы — протон-протонные столкновения. Такой подход позволяет изучить, проявляются ли различия между ICE- и DCE-конфигурациями в распределениях вторичных частиц и как они зависят от энергии столкновения. Моделирование протон-протонных столкновений при энергиях в системе центра масс √s=30 ГэВ, 510) ГэВ и 14 ТэВ выполнено с использованием генератора событий PYTHIA 8.316. Рассматривался партонный канал qg→qg. Анализировались распределения вторичных частиц по поперечному импульсу (pT) и псевдобыстроте (η), а также отношение выходов для ICE- и DCE-конфигураций. Результаты моделирования показывают, что отношение выходов ICE/DCE зависит от энергии столкновения. В распределениях по псевдобыстроте заметное отклонение этого отношения от единицы наблюдается только при √s=14 ТэВ, в центральной области псевдобыстроты. Полученные результаты указывают на увеличение относительного вклада ICE-конфигураций с ростом энергии столкновения и мотивируют дальнейшее исследование рассматриваемого механизма в более сложных системах, включая столкновения тяжелых ионов.