Femtoskopická data jako zdroj informací o baryonové interakci

• Název práce v češtině: Femtoskopická data jako zdroj informací o baryonové interakci
• Název v anglickém jazyce: Constraining baryonic interactions from femtostcopic data
• Klíčová slova: Teoretická jaderná fyzika
• Klíčová slova anglicky: Theoretical nuclear physics
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
• Vedoucí / školitel: Martin Schäfer

Zásady pro vypracování

Student se seznámí s definicí korelační funkce a odpovídajícími experimentálními výsledky femtoskopických měření ve srážkách pp a těžkých iontů.
Důležitou součástí bude plné pochopení formalismu dvoučásticového rozptylu ve spojení s Lednickým-Lyuboshitzovým (LL) formalismem, zejména s limity tohoto přístupu. V praktické části student aplikuje několik typů baryonových potenciálů a předpoví korelační funkce. Dále se pokusí extrahovat informaci o baryon-baryonové interakci z odpovídajících femtoskopických dat. Očekává se, že student bude postupně zapojen do probíhající mezinárodní spolupráce s Hebrejskou univerzitou v Jeruzalémě (Izrael), IJCLab v Orsay (Francie), a Technickou univerzitou v Mnichově (Německo).

Seznam odborné literatury

[1] M. A. Lisa, S. Pratt, R. Soltz, and U. Wiedemann, Urs, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 55, 357 (2005).
[2] L. Adamczyk et al. (STAR Collaboration), Phys. Rev. Lett. 114, 022301 (2015).
[3] K. Morita, T. Furumoto, and A. Ohnishi, Phys. Rev. C 91, 024916 (2015).
[4] S. Acharya et al. (ALICE Collaboration), Phys. Lett. B 797, 134822 (2019).
[5] S. Acharya et al. (ALICE Collaboration), Phys. Rev. C 99, 024001 (2019).
[6] S. Acharya et al. (ALICE Collaboration), Phys. Lett. B 805, 135419 (2020).
[9] S. Acharya et al. (ALICE Collaboration), Phys. Lett. B 844, 137223 (2023).
[7] R. Lednicky and V. L. Lyuboshits, Yad. Fiz. 35, 1316 (1981) [Sov. J. Nucl. Phys. 35, 770 (1982)].
[8] R. Lednicky, Phys. Part. Nuclei 40, 307 (2009).
[9] J. R. Taylor, Scattering Theory: The Quantum Theory of Nonrelativistic Collisions, Courier Corporation (2006).

Předběžná náplň práce

Teoretické studium nízkoenergetické baryonových interakcí je mimořádně důležité pro pochopení viditelné hmoty ve vesmíru. Zejména role baryonů v nitru neutronových hvězd, vztah mezi baryonovou interakcí a SU(3)-flavor symetrií nebo efekty narušení nábojové symetrie jsou vysoce aktuální problémy moderní hadronové fyziky. Studium nízkoenergetických baryonových interakcí s nenulovou podivností však není zcela bez překážek a často je zatížené nedostatkem experimentálních rozptylových dat. Toto je způsobeno především krátkou dobou života hyperonů (baryonů s jedním nebo více podivnými kvarky), které se rozpadají slabě během cca. 10^-10s. Provedení rozptylových experimentů je tedy vysoce netriviální a v současné době je k dispozici pouze okolo 40 nízkoenergetických rozptylových dat, často zatížených relativně velkou chybou. V posledních letech se ukázalo, že nízkoenergetické baryonové interakce lze studovat pomocí femtoskopie v ultrarelativistických srážkách proton na protonu a těžkých iontů
analýzou takzvané korelační funkce [1,2]. Tento způsob zkoumání nízkoenergetických interakcí byl převážně následován experimentálními kolaboracemi STAR a ALICE, což vedlo k mnoha důležitým výsledkům (viz například [2,3,4,5,6]). Dosud byla korelační funkce většinou používána k testování různých baryonových interakčních modelů, kdy se porovnávaly teoreticky předpovězené a experimentálně naměřené hodnoty. Ve speciálních případech lze také extrahovat odpovídající baryon-baryonové rozptylové vlastnosti pomocí Lednicky-Lyuboshitzova formalismu [8,9]. Ideální scénář - přímé použití experimentálních dat korelační funkce v rámci fitu baryonových interakčních modelů zůstává stále otevřeným úkolem.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Theoretical study of low-energy baryonic interactions is highly important for our understanding of visible matter in the universe. In particular, the role of different baryons in the interior of neutron stars, possible relation of the baryonic interaction to the underlying SU(3) flavor symmetry, or charge-symmetry breaking effects represent highly topical problems of modern hadron physics. However, the study of low-energy baryonic interactions with non-zero strangeness is not without a challenge since it has been often burdened by the scarcity of experimental scattering data. This is predominantly caused by the short life-time of hyperons (baryons with one or more strange quarks), which decay weakly in approx. 10^-10s. As a result, conducting scattering experiments is highly non-trivial and only ~40 low-energy data points are available, often accompanied by relatively large uncertainties. In recent years, it has been shown that low-energy baryonic interactions could be studied via femtoscopy by extracting so-called correlation function in ultrarelativistic heavy-ion and pp collisions [1,2]. This path has been predominantly followed by the STAR and ALICE collaborations and has lead to proliferation of many promising experimental results (see for example [2,3,4,5,6]). So far, the correlation function has been mostly used to test different baryonic interaction models by comparing theoretically predicted and experimentally measured values. In special cases one can also extract the corresponding scattering properties using the Lednicky-Lyuboshitz formalism [8,9]. The ideal scenario - direct usage of
experimental correlation function data as the input in baryonic interaction models remains an open task.