Маленький-большой взрыв в адронном колайдере
 Фрагмент Большого Адронного Коллайдера. |
|
||||||||
В ноябре на Большом Адронном Коллайдере начались первые эксперименты по столкновению потоков тяжелых ионов. В рамках этих исследований частицы разгонялись до таких энергий, которые до сих пор были не достижимы для ускорителей, т.е. не могли участвовать в исследованиях.
Работы, опубликованные по результатам этих экспериментов в журнале Physical Review Letters, демонстрируют первые результаты исследований. Ученые акцентировали свое внимание на изучении кварк-глюонной плазмы, состояния, в котором, по предположению исследователей, находилось вещество во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва. Стоит отметить, что кварк-глюонная плазма – это, если можно так выразиться, предельное состояние вещества, изучаемое физикой элементарных частиц. Кварк-глюонная плазма возникает после температур более 170 МэВ (в привычных нам величинах это 2 триллиона градусов по шкале Кельвина). Взаимодействие кварков и глюонов в этом состоянии напоминает взаимодействие электронов, позитронов и нейтронов в обычной плазме. Но если в обычной плазме взаимодействие определяется силами Кулона, то в кварк-глюонной плазме действуют силы Куломбика (так называемые «цветные» взаимодействия кварков). Как и в случае с «обычной» плазмой, частицы в этом состоянии оказываются не связанными в нуклоны. При том, что каждая отдельная составляющая кварк-глюонной плазмы имеет свой цвет, итоговая материя оказывается «квазибесцветной». Исследования кварк-глюонной плазмы направлены на то, чтобы лучше понять природу взаимодействия внутри нее отдельных частиц, а также на более глубокое понимание процессов, происходивших в первые секунды после образования Вселенной.
На практике кварк-глюонная плазма была получена в начале 2000-х годов. Первые же исследования имели своей целью классифицировать новое для научного мира состояние материи в рамках привычных моделей. Ряд научных групп провели измерения длины свободного пробега частиц в кварк-глюонной плазме, что позволило однозначно заключить, что данное состояние материи отлично описывается гидродинамическими законами, сформулированными для случая «идеальной жидкости» (при этом длина свободного пробега равнялась практически нулю).
Эксперименты, проведенные на Большом адронном коллайдере показывают, что даже при крайне высоких температурах кварк-глюонная плазма по своим физическим свойствам остается близкой к идеальной жидкости. Более того, элементарные частицы, возникающие благодаря столкновению потоков плазмы, теряют часть своей энергии на взаимодействии с ней. Что подтверждает факт сильного взаимодействия «свободных» кварков и глюонов с плазмой более высокой температуры. Ранее считалось, что при повышении температуры кварки и глюоны будут все меньше связаны, что изменит свойства плазмы. Однако этот факт полностью опровергнут экспериментальными данными: все измерения соответствуют гидродинамике идеальной жидкости, описанной десятилетие назад.
Обнаруженные явления могут быть полезны не только для дальнейшего изучения кварк-глюонной плазмы, но и в качестве базы для гораздо более широких исследований. В частности, при изучении природы «цветных» взаимодействий и дальнейшем развитии теории струн.
Также по теме:
- Темная материя может объяснить сверхмассивные черные дыры ранней Вселенной
- Большой Адронный Коллайдер (БАК) вышел на расчетную мощность
Источники: