ALICE利用强子-氘相关性的新测量方法探索强相互作用三体问题

在最近发表在《物理评论X》上的一篇文章中，ALICE合作项目介绍了其对介子-氘和质子-氘系统中的相关性研究，为精确研究三体核系统中的力打开了大门。

基本力通常被描述为两个物体之间的相互作用。将其扩展到更复杂的系统并不总是轻而易举的。强相互作用的三强子系统的描述是理解现代核物理中许多现象的关键，例如原子核的结构、度核物质的性质和中子星核的组成。

大型强子对撞机的质子对撞会产生大量粒子，这些粒子发射时彼此距离非常近，大约相距10-15米(飞米)。探究它们在向四面八方喷射之前是否会以某种方式相互影响是件很有趣的事。

如果两个粒子彼此靠近，且动量和方向相似，那么这对粒子就会受到量子统计、库仑力和强相互作用的影响。如果这对粒子中的一个是氘核，那么一个含有氘核和另一个强子(如质子或介子)的系统实际上是一个三体系统。因此，测量氘核与介子或质子之间的相关性有望揭示三体系统的相互作用。

ALICE合作利用其出色的粒子识别能力，研究了质心能量为13TeV的高多重质子-质子碰撞中的这些相关性。结果是一个关联函数，用于测量找到具有特定相对动量的两个粒子的概率与它们的动量完全独立或不相关时预期的概率有何不同。

在没有相关性的情况下，函数值为1。大于1的值表示吸引力，而小于1的值表示排斥力。

对于相对横向动量较低的K介子-氘系统和质子-氘系统的关联函数均低于1，表明总体上存在排斥相互作用。K介子-氘关联的分析表明，产生氘和质子或K介子的相对距离非常小，约为2fm。

有效二体模型很好地描述了介子-氘关联，该模型结合了库仑相互作用和介子与氘之间的强相互作用。相反，同样的有效二体方法无法描述质子-氘关联，因此需要进行完整的三体计算来考虑氘的结构。

使用考虑二体和三体强相互作用的理论计算实现了出色的数据描述。这表明关联函数对三核子系统的短程动力学很敏感。

短距离关联测量是研究LHC三体系统的一种创新方法，有可能将这种研究扩展到其他强子。我们设想将类似的方法应用于LHC运行3和4的数据，以研究奇异区和魅力区中的三重子系统，否则这些系统是实验上无法接近的。