توقع الفيزيائيون ولادة الميزون J/ψ في مصادم NICA المستقبلي

يحتل الميزون J/ψ مكانة خاصة في تاريخ فيزياء الجسيمات. تم اكتشافه في نوفمبر 1974 في تجربتين مستقلتين في وقت واحد – في مسرعات SLAC (ستانفورد) وBNL (بروكهافن) – وأحدث ثورة على الفور: أكد وجود هذا الجسيم الثقيل فرضية الكوارك الساحر وجعل الفيزيائيين يؤمنون بصحة نموذج الكوارك بأكمله. جلب هذا الاكتشاف جائزة نوبل عام 1976. يتكون J/ψ من كوارك ساحر c ونقيضه، الكوارك المضاد للسحر c̄، المرتبط بإحكام من خلال تبادل الغلونات إلى جسيم مستقر بكتلة تبلغ حوالي 3.1 جيجا إلكترون فولت. هذا الهيكل هو الذي يجعل J/ψ أداة قيمة. لإنشائه في تصادم بروتونين، يحتاج غلوون واحد من كل بروتون إلى الاندماج وإنتاج زوج سم مكعب. هذا يعني أنه من خلال قياس عدد المرات والتوزيع الذي يتم إنتاجه J/ψ، يمكننا تحديد كيفية توزيع الغلوونات داخل البروتون بدقة أكبر. مصادم NICA: تم إدخال الشعاع الأول بنجاح إلى حلقة المصادم في عام 2026. تم تصميم كاشف SPD، الذي أجرى مؤلفو العمل حسابات نظرية له، لدراسة تصادمات البروتون والبروتون والديوترون والبروتون عند طاقات تصل إلى 27 جيجا إلكترون فولت في مركز النظام الكتلي / © JINR / NICA press photo, 2026 يتم بناء مصادم NICA في دوبنا، في المعهد المشترك للطاقة النووية بحث مخصص لدراسة المادة النووية عند الطاقات المعتدلة – في المدى من أربعة إلى 27 جيجا إلكترون فولت في مركز النظام الكتلي لأشعة البروتون-بروتون. يُطلق على نطاق الطاقة هذا عادةً اسم “الجسر”: فهو يربط التجارب بأهداف ثابتة من الماضي والمصادمات العملاقة مثل LHC، في حين يظل غير مستكشف عمليًا. هنا تبين أن الفيزياء غنية بشكل خاص: لم تعد كثافات الغلونات صغيرة، لكن الأساليب المضطربة للديناميكا اللونية الكمومية لا تزال قابلة للتطبيق، والحساسية للمكون العرضي لوظائف بنية البروتون هي الحد الأقصى. تم تصميم كاشف SPD في NICA خصيصًا للقياسات ذات الحزم المستقطبة، مما يجعل من الممكن دراسة مساهمة الجلونات في دوران البروتون. يعتمد الوصف النظري على شكلية وظائف التوزيع المعتمدة على الزخم العرضي (TMD). يخبرنا التوزيع المعتاد فقط عن جزء الزخم الطولي للبروتون الذي يحمله كل غلوون. يحتوي توزيع TMD على معلومات أكثر بكثير: فهو لا يصف الزخم الطولي فحسب، بل يصف أيضًا الزخم العرضي للغلوون – وهو مقياس لمدى “تذبذب” الغلوون من جانب إلى آخر داخل البروتون الطائر. يعد قياس هذه الحركة الجانبية أمرًا بالغ الأهمية لإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد للبروتون، والتي لم يتم بناؤها بعد. استخدم العلماء الروس مولد الأحداث PEGASUS وقارنوا مجموعتين حديثتين مختلفتين من كثافات TMD. تعكس كلتا المجموعتين افتراضات فيزيائية مختلفة حول الزيادة في الزخم العرضي للجلونات أثناء تطورها على طول المقياس. تم نشر النتائج في مجلة Physical Review C. بنية الكوارك للميزون J/ψ: الكوارك الساحر c والكوارك المضاد c̄ الذي يتم الاحتفاظ به عن طريق تبادل الغلونات. يتم إنتاج هذه الحالة الكمومية المدمجة في تصادمات بروتون-بروتون، بشكل أساسي من خلال اندماج اثنين من الغلوونات، وتكون بمثابة مسبار دقيق لمحتوى الغلوونات في البروتون. غطت الحسابات ثلاث قيم للطاقة: 9 و18 و27 جيجا إلكترون فولت – وقدمت نتائج قيمة لمقارنة هاتين المجموعتين. كانت النتيجة المثيرة للاهتمام بشكل خاص هي المساهمة النسبية لآليات الإنتاج المختلفة J / ψ. تصف الديناميكا اللونية الكمومية آليتين رئيسيتين من هذا القبيل: آلية اللون الفردي (CS) وآلية الثماني الألوان (CO). في الحالة الأولى، يولد زوج كوارك بنفس الأعداد الكمومية للميزون النهائي. في الحالة الثانية، يولد الزوج في البداية في حالة لونية “غير صحيحة”، ثم “يلبس” انبعاثات غلوون ناعمة. وتتعايش كلتا الآليتين، لكن مساهمتهما النسبية تعتمد بشدة على الطاقة. أظهرت الحسابات أنه في طاقات NICA، تهيمن آليات الثماني الألوان على آليات اللون الفردي: نسبة الأخير لا تتجاوز عدة بالمائة عند أي طاقة في النطاق قيد النظر. وهذا ما يميز نظام NICA بشكل أساسي عن الطاقات العالية لمصادم LHC، حيث تكون المساهمات قابلة للمقارنة. اصطدامات البروتونات في كاشف LHC: يتم تسجيل مسارات الجسيمات المتناثرة بواسطة أنظمة كاشف متعددة الطبقات. في NICA، سيتم تحليل مثل هذه الأحداث عند طاقات أقل، حيث تكون الحساسية للبنية ثلاثية الأبعاد للبروتون هي الحد الأقصى / © Physics World / تصور تصادم البروتون والبروتون. تبين أن عدم اليقين النظري، الذي تم تقديره من خلال تباين مقياس إعادة التطبيع، مستقر على كامل نطاق الطاقة الذي تم النظر فيه، وهذه علامة على موثوقية التنبؤات. أظهرت Phystech أيضًا أن إجمالي المقطع العرضي الشامل يزداد بشكل رتيب مع الطاقة في شكل قانون قوة، وهو ما يتوافق جيدًا مع الصورة العامة لنمو لمعان الجلون. يشير الانحراف البسيط عن هذا القانون عند تسعة جيجا إلكترون فولت إلى تأثيرات العتبة. ومن المتوقع في هذا المجال حدوث أكبر التناقضات بين المناهج النظرية المختلفة، وحيث ستكون بيانات SPD التجريبية أكثر قيمة في التمييز بين النماذج المتنافسة. علق أليكسي أبارين، رئيس مختبر التقنيات المتقدمة لتركيبات وتجارب العلوم الضخمة في MIPT: “J/ψ هي واحدة من تلك الحالات النادرة في الفيزياء عندما يسمح لك جسيم واحد باختبار العديد من التنبؤات الأساسية للنظرية في وقت واحد. نطاق طاقة NICA فريد من نوعه: في هذه المنطقة، يتم تحديد إنتاج الميزون J/ψ من خلال مجموعة من العمليات المتعددة، مما يسمح لنا بتقييم مساهمة كل منها، وهنا حساسية الحركة العرضية للغلوونات في الداخل البروتون هو الحد الأقصى، ومساهمة آليات الإنتاج المختلفة هي الأكثر تباينًا.