Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 18.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Плазма может быть изучена с помощью потоков заряженных частиц в ускорителях

Плазма может быть изучена с помощью потоков заряженных частиц в ускорителях
shortstoryf

Спустя короткое время после Большого Взрыва, как сейчас принято считать, Вселенная была заполнена хаотичным первородным «супом», состоящим их кварков и глюонов — частиц, которые сейчас заключены внутри протонов и нейтронов. Исследование этой кварк-глюонной плазмы требует использования самых продвинутых теоретических и экспериментальных инструментов. Физики, работающие с Большим Адронным Коллайдером (БАК), а конкретно те, которые задействованы в эксперименте ATLAS, не так давно сумели сделать существенный шаг к лучшему пониманию плазмы и её свойств.

Когда ускоритель частиц, расположенный в самой большой в мире лаборатории ЦЕРН в Женеве, сталкивает два атома свинца, движущихся навстречу друг к другу почти со скоростью света, в результате этого, за какой-то очень маленький промежуток времени обычная материя преобразуется в самое своё экзотическое состояние, которое только известно физикам. Она становится кварк-глюонной плазмой. Анализ потока частиц, проникающих сквозь эту плазму, привел к новым результатам о её свойствах. Сразу после Большого Взрыва и формирования пространства-времени, Вселенная была заполнена веществом, обладающим экстраординарными свойствами. Кварки и глюоны, которые сегодня могут быть найдены только в связях в пределах протонов и нейтронов, могли спокойно друг с другом взаимодействовать, что привело к созданию гомогенной среды. Как раз такое исключительное состояние вещества, проявляющее себя только при температурах в несколько миллионов градусов, было воссоздано физиками в БАКе посредством столкновения ионов свинца.

На самом деле, исследование кварк-глюонной плазмы представляет собой огромную проблему. Само такое состояние вещества возникает довольно редко во время столкновений и в чрезвычайно слабых концентрациях, а существует всего какие-то не замечаемые нами доли секунды. Во время своего возникновения эта плазма начинает стремительно расширяться под действием своего внутреннего давления, быстро охлаждается и преобразуется в огромное количество обычных частиц. У современной физики попросту нет в распоряжении инструментов, чтобы непосредственно наблюдать кварки и глюоны, учёные не могут использовать даже обычные методы исследований, такие, как ввод в плазму термометра и ожидание результатов измерений в течение нескольких минут.

«К счастью, такие детекторы, как ATLAS, уже обладают некоторыми успехами в фиксировании продуктов распада частиц, которые взаимодействовали с плазмой, состоящей из кварков и глюонов. Тщательно проанализировав свойства этих частиц, мы можем прийти к очень скрытым свойствам плазмы», — Барбара Войсек из Института ядерной физики польской академии наук.

Большая часть информации, которую получили учёные относительно кварк-глюонного супа, была предоставлена частицами, которые рассеиваются в боковых направлениях в результате столкновения. Они двигаются в поперечном направлении относительно начального движения летящих ядер свинца, поэтому их достаточно легко отличить от тысяч других частиц, а также это даёт гарантию, что они образовались во время самой ранней стадии столкновения. А если они родились так рано, то они должны были точно пересечь кварк-глюонное облако, чтобы затем сколлапсировать в виде сконцентрированного узкого потока частиц, известного как джет.

«Эти первоначально произведённые частицы теряют энергию, проходя через горячий, плотный плазменный суп, что приводит к гашению высокоэнергетических джетов. Посредством нашего анализа мы можем провести реконструкцию джетов чрезвычайно высокого энергетического уровня, вплоть до 400 ГэВ», — добавляет Войсек.

После сбора данных реконструированных джетов, образовавшихся после столкновения ядер свинца, команда физиков может провести корреляцию и сравнение полученных результатов с теми данными, которые были получены во время протон-протонного столкновения. Мысль, которая лежит в основе этого сравнения, довольно проста: из довольно точного теоретического предположения ожидается, что кварк-глюонная плазма не будет возникать в результате столкновения протона с протоном. В свою очередь, теоретические модели столкновения тяжёлых ионов предсказывают формирование плотной плазмы при лобовом ион — ионном столкновении при чрезвычайно высокой энергии. Сравнение результатов каждого из этих столкновений как раз и даёт оценку того, как присутствие плазмы влияет на джеты.

«При столкновении свинцовых ядер мы сделали наблюдение, что образуется примерно половина джетов от количества, образовавшегося в результате протон-протонного столкновения. Это указывает на то, что частицы, рождение которых было инициировано столкновением, теряют энергию, поскольку они взаимодействуют с плазмой. Таким образом, мы и наблюдаем меньшее количество высокоэнергетических поток частиц. Это очень важный результат, поскольку он позволяет нам отказаться от некоторых теоретических моделей кварк-глюонной плазмы, которые не предусматривают такой высокий показатель подавления джетов».

Изучение столкновения ионов свинца является только одним элементов исследований в акселераторе БАК. Главная программа направлена на тестирование текущей теории физики элементарных частиц, известную как Стандартная модель, посредством протон — протонного столкновения. Также учёные планируют исследовать различные феномены, которые выходят за пределы этой модели. Самый главный на сегодняшний день успех физиков, работающих в ЦЕРНе, заключался в обнаружении неуловимого бозона Хиггса.

Изображение
ATLAS джеты

На этой схеме показано распределение джетов по их энергиям. В центре слева условно показана труба ускорителя, два иона свинца летят навстречу друг другу в направлении к нам и от нас. В результате их столкновения образуется плазма, а также потоки заряженных частиц (джеты), которые распространяются сквозь неё в перпендикулярном направлении относительно изначального движения частиц. Эти джеты на схеме показаны жёлтыми полосами вокруг условной трубы. Чем выше полоса, тем сильнее энергия джета. Справа на гистограмме показано зафиксированное распределение джетов по энергиям. Источник: ATLAS Experiment© 2014 CERN

По информации Института ядерной физики Польской академии наук.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google