Знаете, что творится внутри ядерных реакторов и ускорителей? Там, где элементарные частицы сталкиваются на огромных скоростях, происходят не только сложные, но и довольно загадочные явления. Недавно ученые из Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвене, США, представили новые доказательства существования удивительной субстанции — кварк-глюонной плазмы (КГП), но не в «обычных» условиях, а в самых неожиданных — в результате столкновения маленьких ядер с большими. Заинтригованы? Позвольте объяснить.
В погоне за первозданной материей
Кварк-глюонная плазма — это не просто еще одно экзотическое состояние материи. Ученые считают, что именно она наполняла Вселенную в первые мгновения после Большого взрыва. Это состояние, в котором протоны и нейтроны, составляющие ядра атомов, как бы «расплавлены», а кварки и глюоны — их фундаментальные строительные блоки — свободно «плавают», не будучи связанными вместе. Представьте себе — мир, где нет привычных нам протонов и нейтронов, а есть только их «запчасти».
Обычно, КГП возникает при столкновении тяжелых ионов, например, золота. Но вот вопрос: а может ли она возникнуть, если сталкивать маленькое ядро с большим? Долгое время считалось, что энергии маленького ядра недостаточно, чтобы расплавить ядро побольше. Однако данные, полученные на RHIC, упорно намекали: даже при столкновениях малых ядер с большими могут образовываться крошечные капельки КГП. И как же ученые это доказали?
Сигналы из «плазменного супа»
Проверить наличие КГП в столкновениях можно, наблюдая за так называемым подавлением струй. Представьте себе: внутри столкнувшихся ядер «выбиваются» кварки и глюоны, которые тут же разлетаются в разные стороны, образуя потоки других частиц — струи. Если плазмы нет, то эти струи летят свободно, достигая детекторов. Но если на пути у них появляется КГП, они начинают взаимодействовать с плазмой, теряя энергию. Это и есть подавление струй.
Обычно, в столкновениях золота с золотом это подавление заметно очень хорошо. Но вот, что интересно: в столкновениях, например, дейтрона (ядра водорода-2) с золотом, картина сначала была странной. В центральных столкновениях подавление струй вроде как и наблюдалось, но в периферийных — наоборот, струй становилось больше. Возникало полное непонимание,
Прямые фотоны как детектор центральности столкновений
Дело в том, что раньше центральность столкновения,
Сравнение количества вылетевших фотонов с количеством обнаруженных струй позволило наконец-то увидеть настоящую картину: в центральных столкновениях, где энергии выделяется много, струи действительно подавляются. Это значит, что даже при столкновениях маленьких и больших ядер возникает КГП — пусть и крошечная, но настоящая.
Новое окно в мир фундаментальных взаимодействий
Зачем все это нужно? Во-первых, изучение КГП позволяет нам лучше понять, как устроена Вселенная на самом фундаментальном уровне. А во-вторых, даже микроскопические капельки этой плазмы, образующиеся в экспериментах на RHIC, открывают окно в мир, где привычные нам законы физики могут работать немного иначе. Изучение этих процессов может привести к новым открытиям в физике частиц и ядра.
Результаты этих исследований — это не просто научные данные, это — приглашение в мир, где царит квантовая механика и где на микроскопическом уровне разворачиваются события, имеющие глобальное значение. И хотя до полного понимания КГП еще далеко, каждая новая «капелька» информации приближает нас к разгадке тайн материи и Вселенной.
Читайте нас: