Экспериментальное доказательство существования кварк глюонной плазмы. Кварк-глюонная плазма

Закручивающийся суп фундаментальных стандартных блоков материи вращается в десять миллиардов триллионов раз быстрее, чем самый мощный торнадо. Это является новым рекордом для вихревого движения.

Столкновения частиц, воссоздающих кварк-глюонную плазму, которая полностью заполняла собой раннюю вселенную, показывают, что капельки этого первородного супа закручиваются намного быстрее, чем какая-либо другая жидкость. Новый анализ данных от релятивистского коллайдера тяжёлых ионов RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), расположенного в Брукхейвенской национальной лаборатории штата Нью-Йорк, показал, что завихрения кварк-глюонной плазмы превосходят вихревую динамику движения жидкости в зарождающихся супер ячейках торнадо на Земле и даже в Большом Красном Пятне Юпитера во много порядков. Даже был побит рекорд вращения, удерживаемый до недавнего времени нано каплями сверхтекучего гелия.

Результаты этой работы были опубликованы в издании Nature. Сейчас исследователям становится ясно, что им удалось зафиксировать ещё один рекорд, который удалось поставить благодаря удивительным свойствам кварк-глюонной плазмы. Эта жидкость, которая составлена из фундаментальных стандартных блоков материи – кварков и глюонов – имеет температуру, которая в сотни тысяч раз больше, чем в самом центре Солнца, и сверхнизкую вязкость (или сопротивляемость течению). Ведущие физики мира описывают эти явления как “почти совершенными” свойствами. Изучая эти свойства и факторы, которые управляют ими, учёные надеются докопаться до самой мощной и наименее изученной силы в природе, той, которая ответственна за превращение кварков и глюонов в протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, формируют большую часть видимой материи во вселенной.

Контрольные признаки распада лямбда-гиперона на протон (p) и пион (π-). Поскольку протон выходит практически с тем же выравниванием, что и спин гиперона, отслеживая места, в которых протоны ударяют датчик, можно проследить спин самих гиперонов.

В частности, результаты измерения закрутки, или вихревого движения жидкости, должны помочь учёным определиться среди различных теоретических описаний плазмы. А с ещё большим количеством данных у них появится возможность измерить силу магнитного поля плазмы – очень важной переменной для исследования других интересных явлений физики.

“То, что мы знали до недавнего времени в охарактеризовании кварк-глюонной плазмы, говорило нам о том, что это горячая жидкость, которая расширяется взрывным методом и очень легко течёт. Но мы хотим понять эту жидкость на ещё более подробном уровне. Достаточно ли быстро она термализуется (или достигает равновесия), чтобы завихрения начали формироваться в самой жидкости? И если это так, как сама жидкость реагирует на эти экстремальные вихри?”, – Майкл Лайза, физик из Университета штата Огайо. Новый анализ, который провёл Майкл со своим аспирантом даёт коллаборации способ достигнуть этих ожидаемых результатов.

Выравнивание спинов

“Теория говорит о том, что, если у нас есть жидкость с вихревым движением, то есть с вращающейся подструктурой, то она имеет тенденцию к выравниванию спинов частиц, которые испускает, в том же направлении, что и закрутка”.

И в то время, как в кварк-глюонной жидкости может присутствовать много небольших “водоворотов”, направленных случайно, в среднем их вращение должно быть выровнено с тем фактором, который известен под названием углового момента системы (момента импульса) – вращения системы, сгенерированного сталкивающимися частицами, поскольку они пролетают мимо друг друга на скоростях, близких к скорости света.

Чтобы отследить вращающиеся частицы и их момент импульса, физики коррелируют измерения, проведённые одновременно по двум компонентам датчика. Первое измерение было проведено с применением двух датчиков, расположенных на переднем и заднем краях детектора STAR, который имеет размеры с дом. Эксперимент измерял еле заметные отклонения путей сталкивающихся частиц, когда она пролетали друг за другом. Размер и направление отклонения говорят физикам о величине момента импульса явления, и о том, в каком направлении это событие происходило. Сам детектор STAR находится в специальной камере Time Project Chamber, в которой одновременно с первым проходил сразу и второй эксперимент. Эта камера заполнена газом, который окружает зону столкновения частиц, здесь удаётся отследить треки сотен или даже тысяч других частиц, которые выходят перпендикулярно центру столкновения.

“Мы, в частности, ищем признаки присутствия лямбда-гиперонов – вращающихся частиц, которые распадаются на протон и пион, которые мы и наблюдаем в камере Time Project Chamber. Поскольку протон вылетает практически точно выравниваясь к направлению вращения гиперона, проследив то, где они ударяют камеру, можно в обратном порядке проследить, как направлен спин гиперона”, – Эрнст Зихтерманн, старший научный сотрудник детектора STAR и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
“Мы ищем некоторое систематическое предпочтения для направления этих дочерних протонов, особым образом сориентированных относительно момента импульса, который мы как раз измеряем в переднем и заднем датчиках STAR. Величина этого предпочитаемого момента говорит нам о степени вихревого движения, то есть среднего уровня закрутки, кварк-глюонной плазмы”.

Супер спин

Результаты показывают, что столкновения в детекторе RHIC создают жидкость с самых мощным вихревым движением из всех когда-либо зарегистрированных. Вращение этой жидкости намного быстрее, чем у ускоряющегося торнадо, и быстрее, чем у любой лабораторной жидкости. Таким образом, учёные приходят к заключению, что перед ними наиболее идеальная жидкость из всех возможных, поскольку обладает очень маленькой вязкостью и большим вихревым движением. Эти данные также пригодятся для оценки того, что различные теории предсказывают относительно вихревого движения кварк-глюонной плазмы.

“Разные теории говорят о разной степени вихревого движения, в зависимости от того, какие параметры они включают. Таким образом, наши результаты помогут отсортировать все эти теории и определить, какие факторы являются самыми релевантными. Есть одна общая черта у этих теорий: все они недооценивают вихревое движение. Наши измерения показывают, что оно происходит намного активнее, быстрее даже, чем предполагалось ранее”.

Это открытие было сделано во время работы по одной из программ, реализуемых на детекторе DHIC. Он был выбран благодаря возможности систематически варьировать энергии столкновений в таких диапазонах, в которых можно наблюдать другие особенно важные явления. Фактически, теории предполагают, что RHIC может обладать оптимальным диапазоном для открытия и последующего исследования выравнивания вихревого движения, так как этот эффект уменьшается в более высоких энергиях.

Увеличение числа лямбда-гиперонов, которое должно быть выявлено в будущих столкновениях в RHIC, улучшит способность учёных использовать эти измерения, чтобы вычислить силу магнитного поля, сгенерированного в столкновениях. Сила магнетизма влияет на движение заряженных частиц, поскольку они создаются и появляются из столкновений RHIC, поэтому измерение его силы важно, чтобы полностью охарактеризовать кварк-глюонную жидкость, включая то, как она разделяет частицы, имеющие разный заряд.

“Теория предсказывает, что магнитное поле, создаваемой в экспериментах с тяжёлыми ионами, намного выше, чем какое-либо другое во всей вселенной”.

По информации Брукхейвенской национальной лаборатории.

До сих пор кварк-глюонная плазма встречалась физикам только в столкновениях двух тяжелых ядер высокой энергии. Считалось, что в несимметричных столкновениях, когда очень легкое ядро ударяет по тяжелому, нужных для кварк-глюонной плазмы условий достичь не удается. Однако коллаборация PHENIX, изучив столкновения ядер гелия-3 и золота, утверждает, что плазма образуется и тут, но только в маленьких, субъядерных объемах. Эти результаты подтверждают недавние догадки теоретиков о том, как этот процесс может происходить. Статья коллаборации опубликована в журнале Physical Review Letters , а ее предварительная версия доступна в архиве электронных препринтов arxiv.org .

Надо сказать, что, несмотря на многочисленные эксперименты, долгое время не удавалось четко доказать, что кварк-глюонная плазма действительно возникает в ядерных столкновениях, пусть и на краткое мгновение в десятки йоктосекунд . Проблема тут в том, что, моментально расширившись и остыв, кварк-глюонная плазма распадается на отдельные адроны. Они разлетаются во все стороны, детектор их регистрирует и восстанавливает общую картину разлета, но он неспособен просто так определить, родились они сразу в виде адронного газа или же прошли через стадию горячей жидкости.

Опознать формирование кварк-глюонной плазмы можно разными способами. Прежде всего, внутри горячей ядерной «капельки» должны быть настоящие гидродинамические течения. После распада плазмы на адроны, они должны проявиться в виде адронных эллиптических потоков и потоков более сложной формы (рис. 1 и 2). Существуют и более тонкие эффекты, например гашение струй , когда они пытаются продраться сквозь кварк-глюонную плазму, и плавление адронов внутри горячей плазмы.

Когда в начале 2000-х коллайдер тяжелых ионов RHIC сталкивал разные ядра, то работавшие на нем коллаборации PHENIX и STAR видели проявления кварк-глюонной плазмы в столкновении двух ядер золота (Au+Au), но не видели их в несимметричных столкновениях легчайшего ядра дейтерия с золотом (d+Au). Это интерпретировалось так: для возникновения плазмы требуется «всадить» в ядро достаточно энергии, чтобы по всему объему ядра произошло плавление протонов и нейтронов. Столкновение Au+Au этот порог преодолевает, а d+Au - нет.

В 2011–2012 годах детектор PHENIX был существенно модернизирован, в него были доустановлены новые компоненты, которые позволили ему собирать больше данных при столкновениях лоб в лоб, а также лучше измерять свойства адронов. В 2013 году новые эксперименты по столкновению d+Au уже показали некоторые намеки на коллективные эффекты, которые напоминают следы кварк-глюонной плазмы. Да и Большой адронный коллайдер, сталкивавший протоны с ядрами свинца, тоже обнаружил некоторые корреляции адронов. Все эти новые данные как-то не слишком вязались с общим утверждением, что в таких несимметричных столкновениях выделившейся энергии недостаточно для плавления ядра.

Обсуждая эти не вполне ясные закономерности, физики задумались о такой возможности: а может ли оказаться, что плавление ядра и образование кварк-глюонной плазмы происходит не во всем ядре, а только в маленькой «горячей зоне», в месте непосредственного удара протона по ядру? В 2014 году было опубликовано конкретное предложение по проверке этой идеи (J. L. Nagle et al., 2014. Exploiting Intrinsic Triangular Geometry in Relativistic 3 He+Au Collisions to Disentangle Medium Properties). Авторы предлагали экспериментаторам провести серию экспериментов по столкновению протона, дейтрона и гелия-3 с тяжелым ядром и измерить азимутальные характеристики разлетающихся адронов.

Если при ударе каждого нуклона большой энергии по ядру действительно образуется канал кварк-глюонной плазмы, то зона плавления будет иметь вид, как на рис. 3. А это значит, что при переходе от протона к дейтрону резко увеличится эллиптический поток, а при переходе к гелию-3 - «треугольный». На рис. 1 показаны результаты теоретического моделирования того, как должна расширяться текущая кварк-глюонная плазма и какие скорости приобретут адроны после ее распада. Вычисления показали, что такой треугольный поток должен проявиться даже несмотря на то, что ему при расширении придется продираться сквозь нерасплавившуюся часть ядра. Если же корреляции не связаны с образованием кварк-глюонной плазмы, а возникают, например, из-за особого состояния ядер до столкновения (скажем, как в модели плазмы), то такой сильной закономерности наблюдаться не должно.

И вот совсем недавно эксперимент PHENIX выполнил ключевой из трех предложенных экспериментов (данные по d+Au уже имеются, а по p+Au появятся позднее). В ходе столкновений гелия-3 с ядрами золота на коллайдере RHIC в 2014 году было накоплено примерно полмиллиарда событий с большим числом рожденных частиц, что отвечает столкновениям лоб в лоб. Распределение рожденных частиц по азимультальному углу и по поперечному импульсу было измерено с очень высокой точностью, что позволило надежно выделить компоненты, описывающие эллиптический и треугольный потоки. Для устранения систематических погрешностей проводилось сравнение с более ранними результатами того же коллайдера по протон-протонным столкновениям, где эллиптического и треугольного потоков не должно было быть.

На рис. 4 показаны результаты по измерению эллиптического и треугольного потоков в столкновениях 3 He+Au. Их интенсивность характеризуется коэффициентами v 2 и v 3 . В согласии с предсказаниями разнообразных моделей, учитывающих гидродинамические течения при образовании и разлете кварк-глюонной плазмы, оба этих коэффициента растут с поперечным импульсом адронов. Между самими этими моделями есть некоторые различия, но они все, за исключением одной, корректно воспроизводят тренд. Попытки описать эти данные без учета кварк-глюонной плазмы дали бы намного меньшие значения для треугольного потока.

Полученное согласие является сильным указанием на то, что в тот момент, когда встречный нуклон - не важно, один или в составе встречного ядра, - вонзается в ядро на большой энергии, он плавит ядерную материю в месте попадания. На мгновение там образуется крошечная капелька кварк-глюонной плазмы. Если встречное ядро было большое, то все эти капли сливаются и приводят к плавлению ядер целиком - это именно то, что наблюдалось раньше. Но даже если ядро маленькое, как в случае гелия-3, локальное плавление все равно происходит, просто капля кварк-глюонной плазмы остается крошечной, субъядерных масштабов. Таким образом и без того сложная многоэтапная картина столкновений релятивистских ядер дополняется еще одной подробностью.

Все это выглядит очень интригующе и порождает вопрос: а какова минимальная ядерная система, в которой способна возникнуть кварк-глюонная плазма? Выражаясь простым языком, какова самая маленькая капля кварк-глюонной плазмы? Если она возникает в столкновении 3 He+Au, может ли она образоваться при сильном ударе протоном по тяжелому ядру? А в столкновениях двух протонов сверхвысоких энергий? А тот любопытный хребет в распределении адронов в событиях с экстремально большим количеством рожденных адронов, который Большой адронный коллайдер обнаружил еще в 2010 году , - он точно никак не связан с кварк-глюонной плазмой?

Все эти вопросы можно объединить в одну группу: вопросы о происхождении коллективных эффектов в малых адронных коллективах. Они сейчас все больше интересуют физиков; достаточно упомянуть недавний краткий обзор результатов PHENIX на эту тему, а также то, что на прошедшей недавно конференции Quark Matter 2015 этот круг вопросов был вынесен в отдельную секцию. Будущие результаты PHENIX и других экспериментов вкупе с более отточенными теоретическими расчетами позволят разобраться с ними получше.

КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА

(хромоплазма) - гипотетич. состояние сильно взаимодействующей материи, характеризующееся отсутствием удержания цвета. В этом состоянии цветные и глюоны, пленённые адронами в адронной материи, освобождаютсяи могут распространяться как квазисвободные частицы по всему объёму плазменной материи - возникает "цветопроводимость" (аналогично появлению электропроводности в обычной электрон-ионной плазме). По совр. представлениям, это состояние образуется при высоких темп-pax и/или больших барионных плотностях равновесной адронной материи (рис. 1).

Рис. 1. Фазовая диаграмма сильно взаимодействующей материи; Т - темп-pa, n B - плотность барионного заряда.

Характер перехода адронной материи в состояние К.-г. п. ещё недостаточно изучен, хотя и имеются указания на то, что он резкий, обладает большой скрытой теплотой и сильно меняет плотность энтропии. флуктуации ядерной плотности, где она сильно превышает ср. плотность, происходит переход нуклонной фазы в кварк-глюонную). На основе этой идеи предпринимаются попытки построить теорию т. н. кумулятивных процессов, происходящих в релятивистских ядерных столкновениях. спонтанным нарушением симметрии физ. вакуума в температурной квантовой хромодинамике (КХД) и с асимптотической свободой - убыванием эфф. цветового заряда с уменьшением расстояния между цветными частицами, с ростом темп-ры и/или плотности. Т. о., в рамках КХД можно ожидать возникновения нек-рой критич. (предельной) темп-ры (плотности), выше к-рой существование ядерной материи невозможно. сильного взаимодействия элементарных частиц (т. н. модель статистич. бутстрапа ). Эта темп-pa считалась даже непреодолимым верх. пределом, подобным абс. нулю. Впоследствии было высказано предположение, что она является темп-рой фазового перехода адронной материи в новое, неизвестное тогда состояние. С развитием КХД стало ясно, что это состояние - К.-г. п. Решётки метод). Наиб. надёжные результаты относятся к квантовой динамике глюонных полей, где кварки рассматриваются лишь как статич. источники. В этом случае получено свидетельство в пользу удержания цвета и существования фазового перехода 1-го рода при темп-ре T c ~200 МэВ, причём вычисленные наблюдаемые величины (напр., темп-ра перехода, скачок плотности в точке перехода) находятся в хорошем согласии со значениями, найденными из феноменологич. описания адронной спектроскопии и из процессов глубоко неупругого рассеяния. Т с резко меняется зависимость плотности энергии от темп-ры (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость плотности энергии от темп-ры (численный расчёт при нулевой плотности барионного заряда).

При Т<<Т c численные данные хорошоаппроксимируются плотностью энергии идеального адронного газа с известным из опыта и используемым в вычислениях спектром масс реальных адронов, а при T>>T c - ф-лой Стефана - Больцмана e(T)=sT 4 с коэф. s, как у идеального газа безмассовых кварков и глюонов. энергия и сжатие могут быть достаточными для достижения фазы К.-г. п. при использовании уже функционирующих ускорителей, переоборудованных для ускорения тяжёлых ионов (см. Релятивистская ядерная физика ).Не решённой до конца проблемой является идентификация формирования К.-г. п. Сложность её связана гл. обр. с тем, что К.-г. п. образуется на большом фоне, обусловленном обычными процессами сильного взаимодействия, и существует лишь нек-рую часть полного времени эволюции адронной системы. В качестве наиб. важных сигналов, дающих информацию о формировании К.-г. п., предполагается использовать образования лептонных , эмиссии прямых фотонов и события аномально большого числа рождений странных частиц. Лит.:1) Шелест В. П., Зиновьев Г. М., Миранский В. А., Модели сильновзаимодействующих элементарных частиц, т. 2, М., 1976; 2) Фейнберг Е. Л., Термодинамические файрболы, "УФН", 1983, т. 139, с. 3; 3) Г о р е н ш т е й н М. И. и др.. Точно решаемая модель фазового перехода между адронной и кварк-глюонной материей, "ТМФ", 1982, т. 52, №3, с. 346; 4) Gorenstein M. I., L i р s k i k h S. I., Z i n о v j e v G. M., Model of deconfinement phase transition in baryonic quark-gluon bag system, "Z. Phys. Ser. C", 1984, v. 22, p. 189; 5) S h u r у a k E. V., Quantum chromodynamics and the theory of superdense matter, "Phys. Repts", 1980, v. 61, p. 71; 6) S a t z H., Critical behaviour in finite temperature QCD, "Phys. Repts", 1982, v. 88, p. 349. В. П. Шелест.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА" в других словарях:

- (хромоплазма) состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме. Содержание 1 Общее… … Википедия

Плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений, включая филаментацию. Свечение плазмы обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией после рекомбинации с ионами … Википедия

Плазма (греч. πλάσμα вылепленное, оформленное): Плазма ионизированный газ. Кварк глюонная плазма Плазма приём создания изображения в компьютерной графике. Плазма крови жидкая часть крови, в которой взвешены форменные… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Плазма (значения). Плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений, включая филаментацию. Свечение плазмы обусловлено переходом … Википедия

Плазма в космич. пространстве и космич. объектах. К. п. условно можно разделить по предметам исследований: околопланетная, межпланетная плазма, плазма звёзд и звёздных атмосфер, плазма квазаров и галактич. ядер, межзвёздная и межгалактич. плазма … Физическая энциклопедия

Кварк глюонная плазма (хромоплазма) состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме.… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Материя. Материя (от лат. māteria «вещество») объективная реальность, содержимое пространства, одна из основных категорий науки и философии, объект изучения физики. Физика описывает… … Википедия

Материя фундаментальное научное понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых мы можем судить благодаря нашим ощущениям. Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве… … Википедия

Теоретическое описание сильных взаимодействий одна из наиболее разработанных и вместе с тем бурно развивающихся областей теоретической физики элементарных частиц. Несмотря на то, что фундаментальная природа сильных взаимодействий понята (цветовое … Википедия

Книги

Маленькая книга о большой теории струн , Габсер , Стивен , Теорию струн часто называют «теорией всего», потому что ее цель - описать все фундаментальные силы взаимодействия во Вселенной, включив в себя гравитацию, квантовую механику и теорию… Категория:

КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА, гипотетическое состояние сильновзаимодействующей материи, характеризующееся отсутствием удержания цвета (конфайнмента). В этом состоянии цветные кварки и глюоны, пленённые адронами, освобождаются и могут распространяться как квазисвободные частицы по всему объёму кварк-глюонной плазмы - возникает «цветопроводимость» (аналогично электрической проводимости в обычной электрон-ионной плазме). По современным представлениям, это состояние образуется при высоких температурах и/или больших барионных плотностях равновесной адронной материи.

В естественных условиях кварк-глюонная плазма существовала, по-видимому, только в первые 10 -5 с после Большого взрыва. Не исключено, что она может присутствовать и в центре наиболее массивных нейтронных звёзд. Есть основания считать, что атомные ядра в своём составе, кроме протонов и нейтронов, содержат «капельки» кварк-глюонной плазмы, т. е. ядра рассматриваются как гетерофазные системы.

Возможность существования кварк-глюонной плазмы тесно связана со спонтанным нарушением симметрии физического вакуума в квантовой хромодинамике (КХД) и с асимптотической свободой - убыванием эффективного цветового заряда с уменьшением расстояния между цветными частицами, с ростом температуры и/или плотности. Однако строгое математическое доказательство существования фазового перехода и удержания цвета в КХД пока отсутствует. Значительные успехи на пути решения этих сложных проблем достигнуты в компьютерных расчётах на пространственной решётке (смотри Решёточные теории поля).

Для экспериментальных исследований кварк-глюонной плазмы предлагается создать необходимые условия для её образования в лаборатории путём соударения тяжёлых ядер высокой энергии. Оценки показывают, что образующаяся в области столкновения ядер система будет существовать достаточно долго, её энергия и сжатие могут обеспечить достижение фазы кварк-глюонной плазмы при использовании уже действующих ускорителей тяжёлых ионов. В качестве наиболее важных сигналов, дающих информацию о формировании кварк-глюонной плазмы, предполагается использовать процессы образования лептонных пар, эмиссии фотонов и аномально большое число рождений странных частиц.

Лит.: Шелест В. П., Зиновьев Г. М., Миранский В. А. Модели сильновзаимодействующих элементарных частиц. М., 1976. Т. 2; Горенштейн М. И. и др. Точно решаемая модель фазового перехода между адронной и кварк-глюонной материей // Теоретическая и математическая физика. 1982. Т. 52. № 3; Фейнберг Е. Л. Термодинамические файрболы // Успехи физических наук. 1983. Т. 139. № 1.

Прошло всего три недели с начала работ по столкновению тяжелых ионов в Большом адронном коллайдере, и физики трех экспериментов (ALICE, CMS и ATLAS) уже получили первые данные о том, какой была материя в самые ранние мгновения существования Вселенной. Эксперимент ALICE (A Large Ion Collider Experiment), специально оптимизированный для изучения тяжелых ионов (сейчас сталкиваются пучки ионов свинца), уже опубликовал первые данные, свидетельствующие об образовании так называемой кварк-глюонной плазмы.

Это состояние, в котором находилась вся материя через примерно 0,00000000001 секунды после Большого взрыва.

В тот момент даже элементарные частицы — протоны и нейтроны — еще «не собрались» из составляющих их кварков и глюонов. Их температура и скорости движения были слишком высокими для формирования частиц, поэтому они составляли лишь смешанную «жидкость» — кварк-глюонную плазму. ALICE удалось наблюдать так называемый эллиптический поток, напрямую говорящий о возникновении кварк-глюонной плазмы.

Несколько дней назад коллаборации ATLAS и CMS сообщили об обнаружении еще одного эффекта, характерного для образования этого экстремального состояния вещества, - гашения адронных струй. Работа физиков ATLAS принята к публикации в журнале Physical Review Letters , а

в четверг в CERN состоится семинар, на котором будут доложены все последние результаты коллабораций.

«Поистине впечатляет то, как быстро эксперименты пришли к этим сложным физическим результатам. Коллаборации соревнуются друг с другом в быстроте публикаций материала, однако, конечно, работают вместе, чтобы создать полную картину изучаемых явлений и провести перекрестное сравнение результатов. Это прекрасный пример того, как работают конкуренция и сотрудничество - ключевые точки в этой области исследований», — отметил Серджио Бертолуччи, директор CERN по исследованиям, слова которого приводит пресс-служба организации .

Эксперименты БАК в основном изучают одни и те же явления, однако конструкции их принципиально различаются.

Это позволяет наблюдать происходящие при столкновении пучков частиц события разными методами, более четко регистрировать их и проверять, является ли наблюдение следствием возникновения некого эффекта или это лишь «шумы». Только при получении одних и тех же данных несколькими методами их считают достоверными.

Изучение кварк-глюонной плазмы - один из приоритетов работы БАК. Это поможет не только понять, как выглядела Вселенная сразу после рождения, но и изучить процесс формирования современной материи.

Кварк-глюонная плазма - максимально «распределенное» состояние вещества, где частицы - кварки и глюоны — не связаны так называемыми сильными взаимодействиями, которые сейчас поддерживают существование протонов, нейтронов и вообще всех ядер Периодической системы имени Менделеева, из которых состоит наш мир - живой и неживой.

Изучая кварк-глюонную плазму, ученые надеются лучше разобраться в природе сильного взаимодействия.

Как же создается это небывалое состояние в БАК? При столкновении ионов свинца - очень тяжелых частиц (они тяжелее протонов примерно в 200 раз) — в точке пересечения пучков концентрируется достаточно энергии, чтобы создать в очень маленьком объеме «микрокапельки» «первобытной» материи. Ее присутствие регистрируется по ряду особых сигналов, которые способна измерить аппаратура детекторов БАК.

В работе коллаборации ALICE говорится, что горячая кварк-глюонная плазма ведет себя, как жидкость с очень низкой вязкостью (идеально текучая среда). Эти данные согласуются с полученными ранее на коллайдере RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider, релятивистский коллайдер тяжелых ионов, Брукхейвенская национальная лаборатория, Нью-Йорк).

«Теперь, когда мы начали сталкивать тяжелые ядра, БАК стал настоящим «прибором Большого взрыва» — это звучит как фантастика. Наши наблюдении кварк-глюонной плазмы подтверждают данные коллег с RHIC, однако уже сейчас мы можем отметить дополнительные важные особенности», — отметил Юрген Шукрафт, руководитель коллаборации ALICE.

Эксперименты ATLAS и CMS эффективно наблюдали гашения струй, так как их системы позволяют очень эффективно «герметизировать» энергию и измерять ее выделение. Измеряют они, в частности, струи частиц, возникающие при столкновениях. Струи, возникающие при столкновениях протонов, чаще всего появляются парами.

Однако при столкновении тяжелых ионов струи взаимодействуют в жестких условиях горячей очень плотной среды.

В результате возникает очень характеристичный сигнал, известный как гашение струй, выражающийся в резком падении их энергии. Это значит, что при столкновении частиц в детекторе возникает среда, гораздо плотнее любой известной материи. Гашение струй - хороший параметр для детального изучения поведения плазмы.

Столкновение пучков свинца в БАК продолжится до 6 декабря. Затем коллайдер будет остановлен на несколько месяцев.

Большой адронный коллайдер - самый крупный и мощный в мире кольцевой ускоритель элементарных частиц. Он находится под землей в 27-километровом тоннеле на территории Швейцарии и Франции недалеко от Женевы в Европейском центре ядерных исследований (CERN). Активная фаза работы коллайдера началась в конце мая 2010 года. Четыре детектора гигантского прибора (CMS, ATLAS, ALICE и LHCb) занимаются изучением состояния вещества во Вселенной сразу после Большого взрыва, поисками бозона Хиггса - частицы, которая дает начало массе во Вселенной, а также поиском «новой физики» — явлений за пределами Стандартной модели, господствующей современной теории физики частиц.