Krzysztof Petelczyc

Zrozumienie struktury materii w najmniejszych skalach jest największym wyzwaniem jakie stawiają sobie obecnie fizycy. Atomy składają się z jąder i elektronów, jądra z protonów i neutronów, te z kolei okazują się być związanymi ze sobą kwarkami. W dodatku masa tych wszystkich cząstek jest jedynie jakby „efektem ubocznym” ich oddziaływań między sobą lub z odkrytym doświadczalnie ponad dekadę temu polem Higgsa. Oddziaływania te modelowane są zaś jako wymiana cząstek – gluonów, fotonów i innych tzw. bozonów cechowania. I właśnie właściwościami gluonów  zajmą się naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych pod kierunkiem dr hab. Tolgi Altinoluk w projekcie „Odsłanianie wielowymiarowej struktury hadronów w reżimie nasycenia gęstości gluonowych zderzeń wysokoenergetycznych” finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu SONATA BIS.

Jednym z najważniejszych zagadnień w fizyce, badanym od kilku dekad, jest fundamentalna struktura materii w przyrodzie. Liczne starania poświęcone zrozumieniu podstawowych składników materii i oddziaływań między nimi doprowadziły do powstania teorii zwanej Chromodynamiką Kwantową (QCD). Teoria ta opisuje oddziaływania pomiędzy cząstkami elementarnymi oddziaływującymi silnie: kwarkami i gluonami. Cząstki te łącząc się ze sobą tworzą stany związane zwane hadronami. 

QCD jest w centrum zainteresowania badań zarówno eksperymentalnych jak i teoretycznych prowadzonych od kilku dekad w celu zrozumienia struktury hadronów. Ze względu na złożoność teorii, pełne zrozumienie struktury hadronów nie zostało osiągnięte i dziedzina ta jest wciąż aktywnie eksplorowana. Jedną z kluczowych cech QCD jest to, że liczba gluonów wewnątrz hadronu rośnie szybko wraz z rosnącą energią. Zjawisko to jest związane z fundamentalną własnością gluonów, które mają tendencję do podziału na gluony potomne. Jednakże, istotnym pytaniem jest to, czy ten wzrost liczby gluonów może być kontynuowany nieograniczenie. Nieprzerwane wysiłki teoretyczne na przestrzeni ostatnich trzydziestu lat doprowadziły do stworzenia koncepcji saturacji gluonowej, którą można wyjaśnić następująco: przy dostatecznie wysokich energiach ujawnia się ważna cecha gluonów. W gęstym środowisku gluony zaczynają rekombinować, a to prowadzi do spowolnienia wzrostu ich gęstości. Ten proces wprowadza aspekt nieliniowości do dynamiki oddziaływań cząstek elementarnych. Badania nad zjawiskiem saturacji gluonowej i jego nieliniowej natury są bardzo ważne żeby zrozumieć strukturę hadronów. 

Jednym z największych urządzeń zajmujących się badaniami fundamentalnej struktury materii jest Wielki Zderzacz Hadronów w CERN-ie w Szwajcarii. Eksperymenty wykonane w jego pomocą dostarczyły obszernej ilości danych potrzebnych do zrozumienia struktury hadronów. Co więcej, nowy Zderzacz Elektron-Jon budowany w USA będzie zapewniał jeszcze lepsze środowisko do badań fundamentalnej struktury materii w obszarze QCD. „Potrzebny jest – wyjaśnia Tolga Altinoluk – znaczny rozwój modeli teoretycznych, żeby w pełni wykorzystać istniejące dane oraz dostarczyć teoretycznego wsparcia dla przyszłych prac fenomenologicznych.  Dlatego głównym celem naszego projektu będzie rozwinięcie nowych narzędzi, które pomogą zrozumieć zjawisko saturacji gluonowej oraz wniknąć w fundamentalną strukturę materii.”