Quanto maior a energia de colisão das partículas, mais interessante é a física. Cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências da Cracóvia encontraram outras confirmações dessa suposição, desta vez, na colisão de prótons de alta energia com prótons ou núcleos principais.

Quando um próton colide em alta energia com outro próton ou núcleo atômico, o efeito da colisão é um fluxo de partículas secundárias conhecido como jato. Alguns desses jatos se estendem para os lados, mas há alguns que mantêm uma direção de movimento próxima à principal. Os detalhes da rota de colisão são determinados não apenas pelo tipo de partículas em colisão, mas também por muitos outros fatores, em particular, a quantidade de energia. No Letras de Física B , um grupo de quatro cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia mostrou que fenômenos adicionais precisam ser levados em consideração nas energias mais altas obtidas no acelerador do LHC para produzir uma descrição precisa do curso da colisão de prótons com prótons ou núcleos de chumbo.

O experimento ATLAS no acelerador LHC (CERN, Genebra) vem registrando as colisões de dois feixes de prótons ou um feixe de prótons com um feixe de núcleos de chumbo viajando em direções opostas há anos. Os pesquisadores baseados em Cracóvia analisaram mais de perto os dados mais recentes sobre colisões de alta energia atingindo cinco teraelétrons volts (ou seja, milhares de bilhões de eV). Atenção especial foi dada aos casos em que os jatos operando a partir do ponto de colisão se moveram para a frente, ou seja, ao longo da direção original dos feixes.

"Nem os prótons nem os nêutrons encontrados nos núcleos atômicos são partículas elementares. Normalmente, dizem que consistem em três quarks, mas isso é uma simplificação excessiva. Na verdade, cada próton ou nêutron é uma entidade extremamente dinâmica preenchida com um mar de glúons em constante ebulição, ou seja, as partículas que unem os quarks. Há um fato interessante ligado a esse dinamismo:Dependendo do comportamento de suas partículas componentes, ou seja, partons, o próton pode ser às vezes mais denso ou às vezes menos. E isso explica por que achamos os casos de colisões com jatos direcionados para frente tão interessantes. Eles se relacionam a situações em que um próton está diluído, ou se comporta como uma bala, e o outro é denso, ou se comporta como um alvo, "explica o Dr. Krzysztof Kutak (IFJ PAN).

Em seu modelo de colisões de prótons de alta energia, físicos do IFJ PAN levaram em consideração dois fenômenos já conhecidos. O primeiro está relacionado ao fato de que à medida que a energia de colisão aumenta, o número de glúons formados dentro dos prótons aumenta, também. Acontece que esse processo não continua indefinidamente. Em um determinado ponto, quando a energia de colisão é grande o suficiente, há tantos glúons que eles começam a se recombinar entre si. Um equilíbrio dinâmico é então criado entre o processo de produção de glúons e sua recombinação. Este efeito é chamado de saturação.

O segundo fator levado em consideração pelos físicos da Cracóvia foi o efeito Sudakov. Isso se relaciona a situações em que o momento da diferença dos momentos dos jatos gerados é maior do que o momento dos partons que iniciam a produção do jato. Este resultado aparentemente contraditório é, na realidade, o resultado de efeitos quânticos associados à transferência de momento entre os partons envolvidos na colisão. Como resultado, a probabilidade de produção de jatos consecutivos é reduzida e a probabilidade de produção de jatos em anjo azimutal moderado é aumentada.

"Tanto a saturação quanto o efeito Sudakov são conhecidos há algum tempo. No entanto, sua interação não foi abordada. As condições extremas que são criadas na produção de di-jatos forward-forward nos motivaram a considerar ambos os efeitos, "diz o Dr. Andreas van Hameren (IFJ PAN)." O efeito Sudakov era geralmente levado em consideração nas simulações. No entanto, uma vez que a energia é alta o suficiente, os efeitos não lineares são ativados, e é preciso levar em conta a saturação, "diz o Dr. Piotr Kotko (IFJ PAN, AGH).

Esta declaração é complementada pelo Dr. Sebastian Sapeta (IFJ PAN):"Nós mesmos levamos o efeito Sudakov em consideração em um de nossos artigos anteriores, mas apenas nos casos em que alguns jatos funcionaram na direção "para frente" e alguns permaneceram na área central do detector, ou seja, espalhado em um grande ângulo em relação à direção do feixe. Ao descrever tais eventos, poderíamos omitir a saturação. "

Em sua última publicação, o grupo baseado em Cracóvia provou que para a descrição teórica concordar com os dados experimentais, colisões em altas energias requerem que ambos os fenômenos sejam levados em consideração simultaneamente. Este artigo é a primeira descrição completa da produção de jatos diretos em colisões próton-próton de alta energia e núcleo de próton (chumbo). Atualmente, os autores estão trabalhando em uma extensão do formalismo proposto para colisões com a produção de um maior número de jatos e partículas.