В Большом адронном коллайдере создали идеальную жидкость из света
Фото: US Department of Energy / phys.org
Физики Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Университета Уэйна обнаружили, что свет может создавать идеальную жидкость, существовавшую в первые доли секунды после Большого взрыва. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Коллаборация ATLAS проанализировала результаты экспериментов, проведенных на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC) в ЦЕРН, в ходе которых фотоны сталкивались с ионами свинца. В результате возникали мельчайшие капли кварк-глюонной плазмы.
Кварк-глюонная плазма представляет собой особое состояние вещества, ведущее себя как идеальная жидкость и состоящее из свободных кварков и глюонов. В этой плазме отсутствует конфайнмент — явление, препятствующее получению свободных кварков, из которых состоят протоны и нейтроны (барионы) и мезоны (кварк-антикварк). В обычном веществе кварки прочно «склеены» глюонными струнами, и попытка их разъединить приводит к удлинению струн из-за появления множества новых глюонов между кварками. Даже если разорвать струну, добавляя в систему больше энергии, на концах разрыва просто появляются новые кварки, сохраняя конфайнмент.
Кварки характеризуются цветовыми зарядами: красным, зеленым и синим. Считается, что у обычного вещества цветовой заряд бесцветен, потому что связанные глюонами кварки компенсируют друг друга. По аналогии с обычной плазмой, в которой существуют свободные электрические заряды (положительно и отрицательно заряженные ионы), в кварк-глюонной плазме существуют свободные цветовые заряды. Цветовой заряд выходит на свободу только при очень больших энергиях, которых можно добиться в двух местах на Земле: LHC и Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США.
Игрушка дьяволаНовая частица из коллайдера грозит уничтожить всю физику2 ноября 2018На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи.Почему ученые не понимают, с чем они столкнулись?31 июля 2021
Чтобы получить кварк-глюонную плазму, ученые проводят столкновения встречных пучков ионов свинца. На доли секунды происходит образование капель кварк-глюонной плазмы, которая быстро остывала с возвращением конфайнмента. В результате возникают новые частицы, выявляемые детектором ATLAS. Важным признаком присутствия плазмы является характерный эллиптический узор в распределении рожденных частиц, и ранее считалось, что этот узор возникает только при столкновении тяжелых ионов.
В новой работе ученые обратили внимание на другое явление, происходящее во время столкновения пучков. При разгоне ионов свинца с положительным зарядом внутри LHC вокруг них генерируются электромагнитные поля и создается облако фотонов. При столкновении встречных пучков частиц множество ионов свинца промахиваются мимо друг друга, однако при этом задевают облака фотонов. Оказалось, что частицы рождающиеся при столкновении фотона с ионами, также образуют эллиптический узор.
Ранее считалось, что фотоны не могут иметь достаточно энергии, чтобы разбить протоны и нейтроны ядер свинца и образовать кварк-глюонную плазму. Однако ученые показали, что с ядрами свинца на самом деле взаимодействовали не фотоны, а другой тип частиц — ро-мезон. Это происходит потому, что в результате квантовых флуктуаций два фотона могут взаимодействовать, образуя на короткое время кварк и антикварк, удерживаемые сильным ядерным взаимодействием. Эта пара частиц и является ро-мезоном.
Теоретики адаптировали существующие гидродинамические расчеты для описания этих столкновений и пришли к выводу, что фотоны и ионы даже при столкновениях с меньшей энергией могут приводить к образованию «сильно взаимодействующей жидкости». Результирующая картина в модели совпала с той, что наблюдалась в экспериментальных данных, хотя для окончательного подтверждения этого необходимо провести дополнительные исследования.
Будущие исследования на LHC и RHIC помогут ученым разобраться, формируют ли эти столкновения кварк-глюонную плазму или есть альтернативное объяснение.
Источник: lenta.ru
