Plasma quarks-gluons - modèle informatique
Le plasma quarks-gluons est un état de la matière dans lequel cette dernière est un ensemble de gluons, quarks et antiquarks. La formation d'un tel plasma se déroule de la même manière que la formation d'un plasma ordinaire.
Les atomes de la matière ordinaire sont pour la plupart neutres, puisque la charge de leur noyau est compensée par l'électron qui tourne autour du noyau. À mesure que la température augmente, les atomes s’ionisent, ce qui signifie que l’électron gagne suffisamment d’énergie pour s’échapper de son orbite, ce qui donne lieu à un noyau chargé positivement et à un électron chargé négativement. Cet état de la matière est appelé plasma.
Dans le cas du plasma quark-gluon, la « couleur » est compensée. La couleur est l'une des caractéristiques des quarks qui composent une particule - hadrons et gluons - qui « collent » les quarks entre eux (ils sont porteurs de l'interaction forte).
Confinement
Les quarks et les gluons qui composent les hadrons ne sont pas capables d'être à l'état libre dans des conditions normales. Ainsi, si l'on essaie de les « séparer » à une distance supérieure à la taille du hadron (10 -13 cm), l'énergie des quarks et des gluons augmente rapidement et sans limite. Le phénomène de l’incapacité à séparer les quarks est appelé « confinement », qui se traduit de l’anglais par « emprisonment ». Ce phénomène est décrit à l’aide de la caractéristique mentionnée précédemment : la couleur. Ainsi, à l'état libre, seuls les objets composés de quarks ayant couleur blanche. Par exemple, un proton est constitué de quarks dont les couleurs sont le vert, le bleu et le rouge, ce qui donne le blanc.
Il existe cependant des conditions dans lesquelles le confinement fonctionne différemment. De telles conditions incluent une température ultra-basse ou une ultra-haute pression. Dans de telles conditions, les fonctions d'onde de deux nucléons ( Nom commun les protons et les neutrons qui composent le noyau d'un atome) se chevauchent, en disant dans un langage simple– ces particules semblent « grimper les unes sur les autres ». En conséquence, les quarks cessent de distinguer leurs nucléons natifs et commencent à se déplacer librement dans tout le volume du noyau constitué de ces nucléons. Ainsi, le confinement a lieu, mais le volume de sa « cage carcérale » augmente considérablement. Par conséquent, plus les nucléons se touchent et se « chevauchent », plus la taille de la « cage » est grande. Un tel phénomène peut atteindre des échelles macroscopiques, voire plus.
Existence et réception
Le plasma quarks-gluons résulte de la « superposition » de nombreux nucléons les uns sur les autres, ce qui permet aux quarks de se déplacer librement dans le volume du noyau constitué de ces nucléons. Un tel plasma existe principalement dans des conditions de haute pression, comme dans le cœur des étoiles à neutrons. Cependant, en 2005, des scientifiques américains ont réussi à obtenir du plasma quark-gluon au collisionneur d'ions lourds RHIC. Dans cet accélérateur, il a été possible d'entrer en collision avec des noyaux à une vitesse de 99,99 % de la vitesse de la lumière. À la suite de la collision, 20 000 GeV d'énergie ont été libérés et une pression de 10 25 –10 30 a été atteinte. pression atmosphérique et température 10 9 –10 10 K. Plus tard, une expérience similaire a été répétée au Grand collisionneur de hadrons du CERN à haute énergie.
- Comment êtes-vous arrivé aux sciences ?
Astghik Torosyan, ingénieur logiciel, laboratoire de technologies de l'information :
Tout a commencé par une passion pour les mathématiques. Comme vous le savez, en physique théorique, il y a beaucoup de mathématiques (sinon toutes). Après l'école, se posait la question du choix d'un métier : il était alors « de mode » de devenir économiste ; J'ai toujours aimé les sciences exactes, notamment les mathématiques, et j'ai également décidé de suivre cette voie. Cependant, par la suite, je suis entré au département de mathématiques appliquées et d'informatique, et deux ans plus tard, j'ai rejoint le département de physique théorique. Mon superviseur m'a suggéré de travailler sur les qubits (un qubit, ou bit quantique, est une unité d'information quantique) thèse, et après avoir obtenu mon diplôme universitaire, je suis allé travailler pour lui à l'Institut commun de recherche nucléaire. C'est là que mon voyage a commencé.
Maria Fomina, chercheuse junior, Laboratoire des problèmes nucléaires :
À l'école, les mathématiques et la physique ont toujours été faciles pour moi. Par conséquent, lorsque le moment est venu de choisir un métier, je savais avec certitude qu'il serait lié à sciences exactes. A choisi la Faculté de physique de Voronej Université d'État. Lorsque j'ai dû choisir une spécialité plus étroite, j'ai décidé que la physique médicale, à savoir l'application de la physique nucléaire à la médecine, me conviendrait parfaitement - à la fois intéressante et adaptée à une fille. J'ai complété mon baccalauréat dans cette spécialité, mais je me suis inscrit au programme de maîtrise avec spécialisation en physique nucléaire. En première année de master, on m'a proposé d'aller à Doubna, d'abord pour un stage, puis pour un diplôme. C'est ce que j'ai fait. C'est à Doubna que j'ai lié ma vie à la particule la plus intéressante, la plus mystérieuse et la plus répandue sur Terre : le neutrino.
Alexandra Friesen, chercheuse junior, laboratoire de physique théorique :
En fait, il me semble qu’entrer dans la science est toujours un accident. D’abord, vous apprenez. J'ai étudié au département de physique de l'Université de Saratov. Ma spécialité était la dynamique des systèmes non linéaires. Oscillations, ondes, radiophysique. Dès la troisième année, j’ai réalisé que j’en avais marre de faire ça. Parce que tout est pareil, mais avec une sauce différente. Et nous venons de commencer à donner un cours de physique théorique. Je suis allé au département de physique théorique et j'ai dit : « Emmène-moi chez toi ! Et puis je suis venu à Doubna pour une conférence et j'ai décidé de rester. Je n’avais définitivement pas l’intention d’étudier les sciences en troisième année. J'avais des projets au point de partir et de faire autre chose. C'est donc arrivé par accident. Je vis à Doubna depuis ma cinquième année, c'est-à-dire depuis 2006. Tout d’abord, j’ai aimé la ville. Deuxièmement, j'ai aimé l'institut. Et troisièmement, quelque chose m'a vraiment touché dans le sens où c'est devenu intéressant. Même si, bien sûr, ce n’était pas exactement « emmène-moi avec toi », c’était le cas. Je suis venu à la conférence. Lors de tels événements, notamment à écoles d'été pour les jeunes scientifiques, ce sont parfois les professeurs eux-mêmes qui viennent faire leur auto-promotion. Tout le monde dans notre département de Saratov le savait et m'a conseillé d'y regarder de plus près. C'est comme ça que j'ai trouvé un superviseur.
Vous savez, aux XVIIe-XVIIIe siècles. il y avait des gens spécialement formés qui enivraient les gens, puis ceux qui s'enivraient se réveillaient soudainement en tant que marins sur des navires. Ces conférences se sont déroulées à peu près de la même manière. Ce qui se passe? Ils vous donneront un petit verre et vous vous réveillerez sur le bateau !
- Quel est le sujet de votre travail scientifique?
A. Torosyan :
Savez-vous ce qu'est un qubit – un bit quantique ? Ici, j'étudie la théorie de l'informatique quantique. Nous considérons des systèmes de mécanique quantique (deux qubits et une paire qubit-qutrit) pouvant être décrits par une matrice de densité. Ayant une matrice de densité en main, vous pouvez explorer les propriétés des systèmes répertoriés, trouver les conditions de séparabilité (ou d'intrication), mesurer le degré d'intrication, classer les orbites des groupes correspondants en fonction des dégénérescences de la matrice de densité, et beaucoup plus.
M. Fomina :
Je suis physicien expérimental et je travaille actuellement sur l'expérience DANSS, qui se déroule à la centrale nucléaire de Kalinin. Cette expérience résout deux problèmes à la fois : un problème fondamental - pour mieux comprendre la nature des neutrinos, et un problème appliqué - utiliser les neutrinos pour surveiller la sécurité des centrales nucléaires.
Le neutrino est la particule la plus courante dans l'Univers, mais en même temps l'une des moins étudiées : elle n'a pas de charge, ce qui signifie qu'elle ne participe pas aux interactions électromagnétiques et ne fait pas partie de la matière qui nous entoure. Il n’est toujours pas possible de mesurer sa masse – il n’y a que des limites. Il existe un autre phénomène intéressant associé aux neutrinos : les oscillations des neutrinos. Ce que c'est? Il existe trois types de neutrinos : les neutrinos électroniques, muoniques et tau. Ce sont des particules différentes avec des masses différentes, mais lorsqu'elles se déplacent librement, elles peuvent se transformer les unes dans les autres, c'est-à-dire que si un neutrino muonique s'éloigne de la source, alors en s'en éloignant, un neutrino électronique ou tau peut être observé. C'est précisément pour la découverte des oscillations des neutrinos, prouvant la présence de masse dans une particule, que le prix a été décerné prix Nobel en physique en 2015 (selon Modèle standard les neutrinos n'ont pas de masse).
Le plus source puissante les neutrinos sur Terre sont Stations atomiques. Lors de l'épuisement du combustible nucléaire (principalement l'uranium), grande quantité des neutrinos de réacteur (pour être précis, des antineutrinos électroniques), tandis que du plutonium de qualité militaire est produit. Et chaque neutrino contient des informations sur ce qui s'est passé dans le réacteur, car l'énergie des neutrinos dépend directement de la façon dont le combustible brûle, des éléments qu'il contient. ce moment brûlé là-bas, quelle est la puissance du réacteur. Ainsi, connaissant ce qu'on appelle le spectre énergétique de ces particules, on peut dire que notre combustible est actuellement constitué de telle ou telle quantité d'uranium, de telle ou telle quantité de plutonium, qui ont déjà été produits. On peut aussi dire quelle est la puissance thermique du réacteur à un instant donné.
Cependant, ce ne sont que des paroles en l’air. Premièrement, comme je l’ai déjà dit, les neutrinos sont difficiles à détecter. Deuxièmement, les centrales nucléaires sont des objets fermés et pour une telle surveillance, le détecteur doit être placé à proximité du réacteur, à quelques mètres. Et le détecteur est ce qu'on appelle un liquide à scintillation, et il est inflammable, et en plus il en faut beaucoup - ce sont des détecteurs géants. Par conséquent, dans la pratique, une telle surveillance n’était pas possible auparavant.
Nous travaillons directement sur le réacteur de la centrale nucléaire de Kalinin, et nous disposons d'un scintillateur, non pas liquide, mais solide - en polystyrène, et notre appareil est compact. Autrement dit, il s’agit d’un mètre cube de plastique – c’est tout le détecteur. Si l'on place trois de ces cubes autour de la zone active (un réacteur est un grand cylindre d'environ trois mètres de diamètre et de même hauteur), alors on pourra obtenir sa « tomographie » : avec une précision de 10-15 cm, nous pouvons comprendre où l'uranium brûle plus rapidement, où quelle quantité de plutonium, où à quelles températures. Cela améliorera non seulement la sécurité, mais optimisera également le fonctionnement. Et c'est de l'argent.
La surveillance du cœur du réacteur est une tâche appliquée de notre détecteur. Mais il y a aussi une tâche fondamentale (et pour moi en tant que physicien, plus intéressante) : la recherche d'oscillations de neutrinos à courte portée dans le quatrième type de neutrinos – stériles. De nombreuses expériences menées pour étudier les neutrinos des réacteurs ont montré un déficit de particules, c'est-à-dire que les détecteurs ont enregistré moins de particules que prévu. Ce phénomène est appelé « anomalie des antineutrinos du réacteur ». Une explication de cette déficience est la possibilité de l'existence d'un quatrième type de neutrino – stérile. La recherche des oscillations dans cet état est la tâche fondamentale de notre détecteur. Le détecteur DANSS est opérationnel depuis 2016 et des statistiques sont en cours de collecte. Autrement dit, s'ils existent, nous pouvons le voir. S’ils ne sont pas là, nous le verrons également. Après tout, il est si difficile de mesurer les neutrinos qu'il est possible que d'autres détecteurs les aient simplement manqués, mais nous mesurerons avec plus de précision - notre détecteur est situé à seulement 11 mètres du cœur du réacteur, et en général, nous n'en verrons aucun déficience ou anomalie. Prouver ou réfuter quelque chose de nouveau est au moins toujours intéressant. Après tout, c’est très cool de se considérer impliqué dans une « nouvelle » physique.
A. Friesen :
Qu'est ce que je fais maintenant? Je vais vous expliquer maintenant. Il existe deux manières de former la masse dans l’Univers. Le premier mécanisme se situe au niveau le plus élémentaire : des particules élémentaires initialement sans masse deviennent massives grâce au mécanisme de Higgs. Par conséquent, toutes les particules qui composent le modèle standard ont une masse. Et en fait, ce fait viole grandement la symétrie globale de l’Univers. La nature ne s’est pas arrêtée là et n’a pas mis tous ses œufs dans le même panier. Les quarks commencent à interagir les uns avec les autres pour former des hadrons. Et il s'avère que cette interaction acquiert de la masse. C'est le deuxième mécanisme. Autrement dit, il y avait un quark de 5 MeV, il a commencé à interagir avec ses voisins et a commencé à peser 300 MeV. Et ce quark à forte interaction, situé à l'intérieur du proton, ne peut pas être retiré du proton - il existe une telle règle. Et naturellement, les scientifiques ont probablement eu une idée : comment obtenir ces quarks et peuvent-ils même être gratuits ? Ensuite, nous faisons une expérience de pensée : nous commençons à comprimer le noyau. Le noyau est constitué de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de quarks et de gluons. Si nous le compressons, les protons et les neutrons commencent à se chevaucher. Ils se chevauchent et il devient difficile de savoir quel quark appartient à quel nucléon. Et à propos d'un tel état, on dit qu'une transition de phase s'est produite, c'est-à-dire que les quarks ont été libérés. Cet état est appelé plasma quark-gluon, et on suppose que toute notre matière était dans cet état immédiatement après le Big Bang.
Censé. Mais ce plasma quark-gluon suscite encore de nombreuses controverses parmi les scientifiques. Pour le trouver, des expériences sont menées, par exemple au LHC, et à Doubna elles seront réalisées au collisionneur NICA. Et je suis engagé - au sens théorique - dans la recherche d'une transition de phase de l'état de matière hadronique, qui nous est familier, à l'état de plasma quarks-gluons. On suppose qu'il doit y avoir une transition de phase. Et en fait, il peut même y avoir deux types de transitions de phase : très douce, lorsque les quarks peuvent coexister avec des hadrons, et dure, lorsqu'il n'y avait d'abord que des hadrons, puis des quarks et des gluons à la fois. Mais vous devez comprendre que ces processus ne sont pas du tout similaires à ce que nous imaginons dans notre monde ordinaire, vaste et classique (au sens ni micro ni quantique). Le plasma quark-gluon existait seulement 0,1 seconde après le Big Bang et dans un volume très limité. Et puis la transition souhaitée s’est produite. Nous développons un modèle de la façon dont cela aurait pu se produire. Volume très limité. Durée extrêmement limitée. Alors l’expansion de cette matière commence immédiatement à se produire. Le refroidissement commence, et on ne voit plus ces quarks libres. Nous les voyons déjà dans les hadrons, les pions (mésons π), les résonances et les kaons (mésons K), et dans n'importe quoi ! Et le véritable intérêt réside précisément dans la découverte et la compréhension si cet état du plasma quarks-gluons, la libération de quarks et de gluons, est possible ou non.
- Quels sont vos plans pour l'avenir?
A. Torosyan :
J'aimerais continuer à travailler dans ce domaine; J'aime faire des calculs analytiques et numériques à l'aide de systèmes de calcul formel. Nous dessinons des objets multidimensionnels, calculons les probabilités de confusion, obtenons de nouvelles formules et parvenons à de belles conclusions. J’aime vraiment faire partie de tout cela.
M. Fomina :
Bref, mes projets pour l’avenir sont la science, la science, la science. Je ne peux plus m'imaginer dans une autre direction de la physique, sans parler d'autres spécialités. La physique des neutrinos est désormais très pertinente partout dans le monde. Il n’est pas du tout nécessaire de penser à une autre branche de la physique. Il est donc très important pour moi de continuer à participer à l'expérience DANSS et de soutenir ma thèse de doctorat - ce sont les projets les plus importants pour un avenir proche.
A. Friesen :
Un problème compliqué. J'ai probablement un intérêt pour l'astrophysique. Il existe des objets tels que les étoiles à neutrons, ce qui suggère que la matière qu'elles contiennent pourrait être dans un état de plasma quark-gluon. Parce que ce sont des objets très petits, compacts et chauds. Intéressé par les trous noirs. Peut-être que je ferai ça aussi. Parce que ce sont des domaines qui se chevauchent. Et celui qui étudie les étoiles à neutrons utilise très largement le modèle sur lequel je travaille.
Dans la banlieue de Genève, en Suisse, derrière des prairies fleuries se trouve un entrepôt doté d'un ascenseur qui ne fait que descendre. À des centaines de mètres de profondeur, à l’intérieur d’un tube creux octogonal qui ressemble à une grande grange, se trouvent des détecteurs hypercomplexes qui enregistrent les collisions de protons. Les scientifiques impliqués dans une expérience au LHC ont décidé d'obtenir une substance étrange qui a probablement rempli l'Univers nouveau-né quelques instants après le Big Bang. Le plasma dit quark-gluon a été créé en conditions de laboratoire et avant cela, en entrant en collision avec des atomes de plomb relativement gros. Cette fois, les chercheurs ont décidé de regrouper des protons négligeablement petits, mais pas tous.
L'importance des résultats de l'étude, publiée récemment dans la revue Nature Physics, ne deviendra pas immédiatement claire pour le citoyen moyen. Fondamentalement, l’utilisation de protons fournira un moyen plus précis d’analyser le plasma quark-gluon. Selon le chercheur Livio Bianchi, les collisions proton-proton éviteront grande quantité des données inutiles et chaotiques dont l’analyse prendra trop de temps. La découverte permettra également aux physiciens d'étudier le mécanisme des collisions de protons et, éventuellement, dans le futur, grâce à cela, d'en découvrir d'autres, tandis que inconnu de la science particules, comme cela s'est produit avec le boson de Higgs.
Tous les protons et neutrons sont constitués de deux types de quarks, de particules élémentaires, mais en plus d'eux, il existe quatre autres variétés (ou « saveurs »), et à la suite de la combinaison de ces six variétés de ces particules, une grande variété de des particules plus grosses sont obtenues. Les particules ressemblant à de la colle, les gluons, maintiennent les quarks ensemble, généralement par paires ou triplets, ce qui rend presque impossible la recherche d'un seul quark car la force d'attraction entre eux augmente avec la distance, plutôt que de s'affaiblir. Cependant, une fois que vous leur appliquez de l’énergie, les quarks se transforment en une « soupe chaude » où ils sont tous étroitement liés comme un liquide idéal. C’est le plasma quark-gluon qui intéresse tant les scientifiques.
Les scientifiques travaillant au collisionneur connaissaient l'existence de cette soupe quantique grâce à des expériences sur des collisions à haute énergie d'atomes d'or ou de plomb réalisées au collisionneur américain RHIC et LHC. Mais pour annoncer réellement la découverte de cette substance, il leur fallait quelques éléments. En particulier, ils avaient besoin d'une boule de plasma liquide chauffée à mille milliards de degrés, car dans de telles conditions, la propriété des quarks, connue sous le nom de « renforcement de l'étrangeté », permet de diviser les flux de particules en singulets, c'est-à-dire que les scientifiques obtiendraient des particules uniques. quarks en sortie. Mais comment réaliser une telle opération ?
Les chercheurs du CERN ont atteint l'état ci-dessus en comparant le rendement de kaons exotiques et de particules lambda (chacune contenant un type de quark, un quark "étrange"), de la particule xi (qui contient deux de ces quarks) et de la particule oméga (qui en contient trois). résultant de collisions de protons. En conséquence, plus il y a de quarks étranges, plus le rendement est élevé. Lorsque des protons entrent en collision, des particules de différentes tailles sont produites, et un plus grand nombre de particules sortant signifierait une proportion plus élevée de quarks étranges.
Le détecteur ALICE, spécialement conçu pour détecter de telles opérations microscopiques, remplit parfaitement son rôle grâce à un réseau complexe de détecteurs situés sous endiguement. Travail similaire peut sembler hautement spéculatif, et c’est effectivement le cas : les scientifiques ne prétendent pas avoir déjà découvert le plasma quark-gluon à la suite de collisions proton-proton. Malgré cela, ALICE et d'autres détecteurs du CERN CMS et ATLAS rassemblent des centaines de physiciens à la recherche de résultats similaires. Cette semaine, l’expérience de collision de protons a été réalisée à la moitié seulement de la puissance dont est capable le LHC. Le LHC a enfin repris ses activités après plusieurs mois de travaux techniques, ce qui signifie que l'expérience va se poursuivre et que l'étude des particules élémentaires reprendra dans un avenir proche.
Trois semaines seulement se sont écoulées depuis le début des travaux sur la collision d'ions lourds au Grand collisionneur de hadrons, et les physiciens de trois expériences (ALICE, CMS et ATLAS) ont déjà reçu les premières données sur ce qu'était la matière aux premiers instants de l'histoire. l'existence de l'Univers. L'ALICE (A Large Ion Collider Experiment), spécialement optimisée pour l'étude des ions lourds (actuellement des faisceaux d'ions plomb entrant en collision), a déjà publié les premières données indiquant la formation de ce que l'on appelle le plasma quark-gluon.
Il s’agit de l’état dans lequel se trouvait toute la matière environ 0,00000000001 seconde après le Big Bang.
À cette époque, même les particules élémentaires – les protons et les neutrons – n’étaient pas encore « assemblées » à partir de leurs quarks et gluons constitutifs. Leurs températures et vitesses étaient trop élevées pour la formation de particules, elles ne constituaient donc qu'un « liquide » mixte – un plasma quark-gluon. ALICE a pu observer ce que l'on appelle le flux elliptique, qui indique directement l'émergence du plasma quark-gluon.
Il y a quelques jours, les collaborations ATLAS et CMS ont rapporté la découverte d'un autre effet caractéristique de la formation de cet état extrême de la matière : l'extinction des jets hadroniques. Les travaux des physiciens d'ATLAS ont été acceptés pour publication dans la revue Lettres d'examen physique, UN
Jeudi, un séminaire se tiendra au CERN au cours duquel tous les derniers résultats des collaborations seront présentés.
« Ce qui est vraiment impressionnant, c’est la rapidité avec laquelle les expériences sont parvenues à ces résultats physiques complexes. Les collaborations rivalisent entre elles pour publier rapidement des documents, mais, bien sûr, elles travaillent ensemble pour créer une image complète des phénomènes étudiés et une comparaison croisée des résultats. Il s'agit d'un excellent exemple du fonctionnement de la concurrence et de la coopération - des points clés dans ce domaine de recherche", a déclaré Sergio Bertolucci, directeur de la recherche au CERN, cité par service de presse de l'organisation.
Les expériences LHC étudient fondamentalement les mêmes phénomènes, mais leurs conceptions sont fondamentalement différentes.
Cela vous permet d'observer les événements qui se produisent lors de la collision de faisceaux de particules à l'aide de différentes méthodes, de les enregistrer plus clairement et de vérifier si l'observation est la conséquence de l'apparition d'un certain effet ou s'il s'agit simplement de « bruit ». Ce n’est que lorsque les mêmes données sont obtenues par plusieurs méthodes qu’elles sont considérées comme fiables.
L'étude du plasma quarks-gluons est l'une des priorités du LHC. Cela aidera non seulement à comprendre à quoi ressemblait l'Univers immédiatement après la naissance, mais également à étudier le processus de formation de la matière moderne.
Le plasma de quarks et de gluons est l'état le plus « distribué » de la matière, dans lequel les particules - les quarks et les gluons - ne sont pas liées par les interactions dites fortes qui soutiennent désormais l'existence des protons, des neutrons et de tous les noyaux en général. Tableau périodique nommé d'après Mendeleïev, qui constitue notre monde - vivant et inanimé.
En étudiant le plasma quark-gluon, les scientifiques espèrent mieux comprendre la nature de cette interaction forte.
Comment cet état sans précédent est-il créé au LHC ? Lorsque des ions plomb entrent en collision - des particules très lourdes (ils sont environ 200 fois plus lourds que les protons) - suffisamment d'énergie est concentrée au point d'intersection des faisceaux pour créer des « microgouttelettes » de matière « primordiale » dans un très petit volume. Sa présence est détectée par un certain nombre de signaux spéciaux que les équipements de détection du LHC peuvent mesurer.
La collaboration ALICE affirme que le plasma chaud quark-gluon se comporte comme un liquide de très faible viscosité (un fluide idéal). Ces données sont cohérentes avec celles obtenues précédemment au collisionneur RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider, Brookhaven National Laboratory, New York).
« Maintenant que nous avons commencé à entrer en collision avec des noyaux lourds, le LHC est devenu un véritable « dispositif Big Bang » – cela ressemble à de la science-fiction. Nos observations du plasma quark-gluon confirment les données de nos collègues du RHIC, mais nous pouvons désormais noter d'autres caractéristiques importantes », a déclaré Jürgen Schukraft, responsable de la collaboration ALICE.
Les expériences ATLAS et CMS ont effectivement observé l'extinction des jets car leurs systèmes peuvent très efficacement « sceller » l'énergie et mesurer sa libération. Ils mesurent notamment les jets de particules qui se forment lors de collisions. Les jets produits par des collisions de protons apparaissent le plus souvent par paires.
Cependant, lorsque des ions lourds entrent en collision, les jets interagissent dans les conditions difficiles d’un milieu chaud et très dense.
Le résultat est un signal très caractéristique appelé jet quenching, exprimé par forte baisse leur énergie. Cela signifie que lorsque des particules entrent en collision dans le détecteur, un milieu beaucoup plus dense que toute matière connue est créé. La trempe par jet est un bon paramètre pour étudier en détail le comportement du plasma.
La collision des faisceaux de plomb du LHC se poursuivra jusqu'au 6 décembre. Le collisionneur sera ensuite arrêté pendant plusieurs mois.
Le Grand collisionneur de hadrons est l'accélérateur de particules en anneau le plus grand et le plus puissant au monde. Il est situé sous terre dans un tunnel de 27 kilomètres en Suisse et en France près de Genève au Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN). La phase active d'exploitation du collisionneur a débuté fin mai 2010. Les quatre détecteurs de l'instrument géant (CMS, ATLAS, ALICE et LHCb) étudient l'état de la matière dans l'Univers immédiatement après le Big Bang, à la recherche du boson de Higgs, la particule qui donne naissance à la masse dans l'Univers, et également à la recherche de " nouvelle physique» - les phénomènes hors Modèle Standard, dominants théorie moderne la physique des particules.
QUARK-GLUON PLASMA, un état hypothétique de matière en forte interaction, caractérisé par l'absence de rétention de couleur (confinement). Dans cet état, les quarks et gluons colorés capturés par les hadrons sont libérés et peuvent se propager sous forme de particules quasi libres dans tout le volume du plasma quark-gluon - la « conductivité des couleurs » apparaît (de la même manière conductivité électrique dans un plasma électron-ion ordinaire). Selon les concepts modernes, cet état se forme à des températures élevées et/ou à des densités baryoniques élevées de matière hadronique en équilibre.
Dans des conditions naturelles, le plasma quark-gluon n'existait apparemment que dans les 10 à 5 premières secondes après le Big Bang. Il est possible qu'il soit également présent au centre des massifs les plus massifs. étoiles à neutrons. Il y a des raisons de croire que noyaux atomiques dans leur composition, en plus des protons et des neutrons, ils contiennent des « gouttelettes » de plasma quark-gluon, c'est-à-dire que les noyaux sont considérés comme des systèmes hétérophasiques.
La possibilité de l'existence d'un plasma quark-gluon est étroitement liée à la rupture spontanée de la symétrie du vide physique en chromodynamique quantique (QCD) et à la liberté asymptotique - une diminution de la charge de couleur effective avec une distance décroissante entre les particules colorées, avec augmentation de la température et/ou de la densité. Cependant, il n’existe toujours pas de preuve mathématique rigoureuse de l’existence d’une transition de phase et d’une rétention de couleur en QCD. Des progrès significatifs vers la résolution de ces problèmes complexes ont été réalisés dans les calculs informatiques sur un réseau spatial (voir Théories des champs de réseau).
Pour Recherche expérimentale Il est proposé de créer un plasma quark-gluon les conditions nécessaires pour sa formation en laboratoire par collision de noyaux lourds de haute énergie. Les estimations montrent que le système formé dans la zone de collision nucléaire existera pendant assez longtemps ; son énergie et sa compression peuvent assurer la réalisation de la phase plasma quark-gluon en utilisant des accélérateurs d'ions lourds déjà opérationnels. Comme signaux les plus importants fournissant des informations sur la formation du plasma quark-gluon, il est proposé d'utiliser les processus de formation de paires de leptons, d'émission de photons et d'anomalies. grand nombre naissances de particules étranges.
Allumé : Shelest V.P., Zinoviev G.M., Miransky V.A. Modèles de particules élémentaires en interaction forte. M., 1976. T. 2 ; Gorenshtein M.I. et al. Modèle exactement résoluble de la transition de phase entre la matière hadronique et la matière quark-gluon // Physique théorique et mathématique. 1982. T. 52. N° 3 ; Feinberg E. L. Boules de feu thermodynamiques // Avancées sciences physiques. 1983. T. 139. N° 1.
