Colisões de núcleos de chumbo no LHC formam o quente, meio denso conhecido como plasma de quark-gluon (QGP). Experimentalmente, o QGP é caracterizado pelo fluxo coletivo de quarks e glúons emergentes. Eles se fragmentam em "jatos" altamente colimados de partículas que, por sua vez, perdem energia por meio de um fenômeno conhecido como têmpera a jato. O estudo desse efeito pode melhorar a compreensão da cromodinâmica quântica, a teoria da interação nuclear forte que governa o comportamento do QGP.

No Experimento ATLAS no CERN, a têmpera a jato foi medida usando uma variedade de técnicas. Em um método, as taxas de produção total de grandes jatos de momento transversal são substancialmente suprimidas em colisões chumbo-chumbo "centrais" (aquelas em que os núcleos chumbo em colisão têm uma grande sobreposição e criam uma região estendida de QGP). A têmpera a jato também foi observada em eventos individuais, como quando o equilíbrio do momento esperado entre pares de jatos está distorcido pela presença do meio QGP.

Os eventos em que um jato é produzido em oposição a um fóton de alto momento são particularmente úteis, uma vez que o fóton não interage de maneira apreciável com os quarks e glúons que compõem o meio. A fração do momento do fóton transportado pelo jato de equilíbrio em colisões chumbo-chumbo foi medida pelo ATLAS, e foi considerado fortemente alterado para valores mais baixos, refletindo a atenuação do momento total do jato conforme ele passa pelo meio.

Além de extinguir o ímpeto geral do jato, o meio também pode distorcer como o momentum restante é espalhado entre os hádrons no jato. Essas chamadas "funções de fragmentação" foram medidas pela primeira vez pelo ATLAS para jatos opostos a um fóton em colisões próton-próton e chumbo-chumbo.

Eventos de fóton + jato são mais prováveis ​​de surgir do espalhamento Compton de um glúon em um dos feixes de um quark no outro feixe, o que significa que o jato oposto ao fóton foi provavelmente iniciado por um quark em fragmentação. Por contraste, jatos com um momento semelhante, mas sem um fóton associado, têm maior probabilidade de vir de glúons em fragmentação. A Figura 2 compara essas diferentes funções de fragmentação em colisões próton-próton, mostrado aqui como uma função do momento transversal dos hádrons dentro de um jato. Os jatos iniciados principalmente por um quark têm um padrão de fragmentação que é mais provável de criar fragmentos mais energéticos do que os jatos com maioria de glúon, como esperado de estudos anteriores de jatos de quark e gluon.

Em colisões eletrodo-eletrodo periféricas (onde os núcleos têm modesta sobreposição e criam uma região QGP de tamanho moderado), a função de fragmentação para jatos de balanceamento de fótons é encontrada para ser significativamente modificada em comparação com as colisões próton-próton, refletindo os efeitos do meio de distorção. Em eventos de colisão de chumbo-chumbo central, essas modificações são ainda maiores. Isso é mostrado na Figura 3, que compara a proporção da função de fragmentação em eventos de eletrodo-eletrodo centrais aos periféricos, para ambos os tipos de jatos. Esses resultados sugerem que, à medida que os jatos viajam através de uma região QGP maior e mais quente, sua estrutura interna é sistematicamente modificada.

Curiosamente, estudos da função de fragmentação para jatos inclusivos observam um comportamento diferente - que é depois de um certo tamanho de QGP, os jatos emergentes não continuam a ser modificados. Uma vez que esse recurso inesperado dos dados pode surgir de uma série de fatores, estudos mais detalhados com as estatísticas de fóton + jato mais altas esperadas na tomada de dados chumbo-chumbo de 2018 serão úteis para revelar a origem desse efeito.