Para peneliti menemukan bahwa entropi tetap konstan selama transisi dari keadaan kuar-gluon yang kacau ke partikel stabil dalam tabrakan proton di Large Hadron Collider. Stabilitas tak terduga ini menjadi tanda tangan langsung dari prinsip unitaritas mekanika kuantum. Temuan ini, berdasarkan model yang disempurnakan dan data LHC, menantang intuisi awal tentang kekacauan proses tersebut.
Tabrakan proton berenergi tinggi di Large Hadron Collider (LHC) menciptakan keadaan padat singkat dari kuar dan gluon, menyerupai lautan partikel yang mendidih, sebelum mendingin menjadi hadron yang terdeteksi. Secara intuitif, pergeseran ini dari fase awal yang tampak kacau ke fase selanjutnya yang lebih teratur seharusnya mengubah entropi sistem, ukuran kekacauan. Namun, data dari eksperimen LHC menunjukkan bahwa entropi tetap tidak berubah sepanjang proses, menentang ekspektasi.
Prof. Krzysztof Kutak dan Dr. Sandor Lokos dari Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) di Cracow mempublikasikan analisis mereka di Physical Review D. Mereka menyempurnakan model dipole, yang mewakili gluon sebagai pasangan kuar-antikuar dengan muatan warna, untuk menggambarkan evolusi sistem gluon dengan lebih baik. "Model dipole berdasarkan jumlah rata-rata hadron yang dihasilkan dalam tabrakan memungkinkan kami memperkirakan entropi parton," jelas Prof. Kutak.
Dua tahun sebelumnya, Kutak dan Dr. Pawel Caputa dari Stockholm University meningkatkan model dengan mengintegrasikan efek relevan pada energi lebih rendah dan mengambil dari teori kompleksitas. Diuji terhadap data dari eksperimen ALICE, ATLAS, CMS, dan LHCb pada energi dari 0,2 hingga 13 teraelektronvolt, model yang digeneralisasi mengungguli pendahulunya. "Kami menunjukkan bahwa model dipole yang digeneralisasi menggambarkan data yang ada lebih akurat daripada model dipole sebelumnya dan bekerja dengan baik pada rentang energi tabrakan proton yang lebih luas," kata Prof. Kutak.
Konstanta ini selaras dengan rumus Kharzeev-Levin dan berasal dari unitaritas mekanika kuantum, yang mempertahankan probabilitas dan memungkinkan proses yang dapat dibalik. "Unitaritas mekanika kuantum adalah sesuatu yang dipelajari mahasiswa fisika... satu hal untuk berurusan dengan teori yang menunjukkan fitur tertentu pada tingkat kuar dan gluon... dan hal lain untuk mengamatinya dalam data nyata," catat Prof. Kutak.
Validasi masa depan akan datang dari peningkatan LHC yang meningkatkan detektor ALICE untuk studi gluon yang lebih padat dan Electron-Ion Collider yang sedang dibangun di Brookhaven National Laboratory, di mana tabrakan elektron-proton akan memprobi sistem gluon secara lebih langsung.