Физика тяжёлых ионов находится на передовом крае мировой науки и имеет решающее значение для исследования одного из ключевых вопросов естествознания — изучения свойств вещества первичной Вселенной. Помимо недавно обнаруженного бозона Хиггса, на Большом адронном коллайдере (БАК) изучаются и многие другие интересные явления, например, протон-протонные столкновения и столкновения ядер свинца.

Кварки и глюоны Кварки – это фундаментальные частицы в Стандартной модели, обладающие электрическим зарядом, из которых состоят массивные частицы, подверженные сильному взаимодействию – адроны (в частности, к ним относят протоны и нейтроны). Глюоны – это элементарные частицы, являющиеся причиной взаимодействия кварков и косвенно ответственные за соединение протонов и нейтронов в ядре.

Считается, что сразу после Большого взрыва вещество во Вселенной пребывало в особом состоянии и представляло собой горячий космический плазменный «суп» (так называемую «кварк-глюонную плазму»), в котором основные «строительные кирпичики» материи — кварки и глюоны (см. врез) — не находились внутри адронов, как сейчас, а могли свободно перемещаться по всему объёму вещества.

Реклама

Коллаборации Церна ALICE, ATLAS и CMS провели исследования материи, похожей на ту, которая, согласно современной теоретической физике, существовала в первые мгновения после Большого взрыва.

Для воссоздания и изучения экстремальных условий, которые реализовывались во Вселенной в первые микросекунды её существования, на БАК были проведены эксперименты по изучению столкновений ионов свинца.

Первые эксперименты прошли ещё в ноябре 2010 года, а всего было изучено около миллиарда таких столкновений. На то, чтобы тщательно измерить и зафиксировать полученные результаты у физиков ушло почти два года. Новые результаты были доложены на конференции по кварковой материи, которая в субботу заканчивается в Вашингтоне. Эксперименты проводились на БАК в течение четырех недель в 2011 году, и за это время учёным удалось собрать в 20 раз больше информации, чем в 2010 году

Аналог первичной материи, полученный в ходе экспериментов на БАКе, является самым горячим веществом, когда-либо созданным человеком, ведь температура кварк-глюонной плазмы достигала значений, превышающих 5 триллионов градусов Цельсия.

Это действительно выдающееся достижение, ведь впервые в лабораторных условиях было получено и исследовано вещество, температура которого в 100 000 раз превышала температуру в недрах Солнца, а плотность была больше, чем плотность вещества нейтронных звёзд.

Аналогичного результата добились и американские учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории (Нью-Йорк), также участвовавшие в конференции. Варьируя в широком диапазоне физические параметры кварк-глюонной плазмы, получающейся в результате столкновений ионов золота, они создали вещество, температура которого достигала 4 триллионов градусов Цельсия. Теперь американцы собираются выяснить, при каких условиях плазменный кварк-глюонный «суп» превращается в обычное хорошо знакомое нам вещество.

Как заявил руководитель работ Стивен Вигдор, разгадка этой тайны уже не за горами.

Коллаборация ALICE представила на конференции множество новых результатов по всем аспектам эволюции в пространстве и времени сильно взаимодействующей материи высокой плотности. И это только начало, потому что большое количество полученных результатов ещё анализируется, а новые измерения планируется провести в феврале будущего года.

ALICE были проведены исследования так называемых «очарованных частиц», содержащих очарованные кварки или антикварки. Такие кварки, будучи в сто раз тяжелее кварков, из которых составлена обычная материя, сильно тормозятся при пролете сквозь кварк-глюонную плазму, что дает учёным уникальную возможность для изучения их свойств.

Кварконий Кварконий — это частный вид мезона, это составная частица, образованная из чётного числа кварков и антикварков. Мезон наряду с фотоном является примером бозона — элементарных или составных частиц, обладающих целым спином.

Физики из ALICE получили свидетельство того, что поток плазмы настолько силен, что увлекает за собой тяжёлые очарованные частицы. Эксперимент также выявил признаки явления термализации (установления термодинамического равновесия), которое включает в себя рекомбинацию очарованных кварков и антикварков с образованием чармония (одного из видов кваркония) — частицы с так называемым скрытым очарованием, которая состоит из очарованных кварка и антикварка. И это, по словам Паоло Гьюбеллино, представителя группы ALICE, только один из ярких примеров научных возможностей предоставляемых экспериментом ALICE.

Эксперимент CMS представит результаты изучения распада кваркония при взаимодействии с кварк-глюонной плазмой. Эксперимент выявил свидетельства в пользу того, что разные виды кваркония имеют различную энергию внутренней связи. Следовательно, для распада различных частиц требуются разные энергии взаимодействия с первичной материей.

Участники эксперимента ATLAS исследовали гашение струй — явление, при котором высоко энергетический поток частиц сталкивается с плотной кварк-глюонной плазмой, давая учёным детальную информацию о плотности и ряде других свойств образующегося вещества.

Физики объявили на конференции о новых находках в этой области, включая результаты высокоточных измерений процесса фрагментации струй, а также о корреляции между струями и электрослабыми бозонами.

Эти результаты дополняют другие замечательные открытия участников эксперимента ATLAS, в том числе в области изучения течения плазмы.

Представители всех трёх церновских коллабораций собираются продолжать эксперименты и отмечают важность полученных результатов, ведь уже сейчас не только наблюдается феномен кварк-глюонной плазмы, но и проводятся измерения её параметров с помощью различных датчиков. Можно сказать, что человечество вступает в новую эру захватывающих высокоточных лабораторных исследований сильно взаимодействующей материи, которые внесут значительный вклад в наше понимание ранней Вселенной.