Kvark-gluon plazma - számítógépes modell

A kvark-gluon plazma olyan halmazállapot, amelyben az utóbbi gluonok, kvarkok és antikvarkok gyűjteménye. Az ilyen plazma képződése a közönséges plazma képződéséhez hasonlóan megy végbe.

A közönséges anyag atomjai többnyire semlegesek, mivel az atommagjuk töltését az atommag körül forgó elektron kompenzálja. A hőmérséklet emelkedésével az atomok ionizálódnak, ami azt jelenti, hogy az elektron elegendő energiát nyer ahhoz, hogy elkerülje a pályáját, ami külön pozitív töltésű atommagot és negatív töltésű elektront eredményez. Az anyagnak ezt az állapotát plazmának nevezik.

A kvark-gluon plazma esetében az ún. „színt” kompenzálják. A szín a részecskéket alkotó kvarkok – hadron és gluonok – egyik jellemzője, amelyek „összeragasztják” a kvarkokat (az erős kölcsönhatás hordozói).

Elzártság

A hadronokat alkotó kvarkok és gluonok normál körülmények között nem képesek szabad állapotban lenni. Tehát, ha megpróbáljuk a hadron méreténél nagyobb távolságra (10-13 cm) széthúzni őket, a kvarkok és gluonok energiája gyorsan és korlátlanul megnő. A kvark szétválasztásának képtelenségének jelenségét „bezártságnak” nevezik, amit angolul „börtönzés”-nek fordítanak. Ezt a jelenséget a korábban említett jellemzővel – a színnel – írjuk le. Így szabad állapotban csak olyan kvarkokból álló objektumok, amelyek rendelkeznek fehér szín. Például egy proton kvarkokból áll, amelyek színei zöld, kék és piros, összeadva a fehéret.

Vannak azonban olyan feltételek, amelyek között a bezártság másként működik. Ilyen körülmények közé tartozik az ultraalacsony hőmérséklet vagy az ultramagas nyomás. Ilyen feltételek esetén két nukleon hullámfüggvénye ( gyakori név az atommagot alkotó protonok és neutronok) átfedik egymást, mondván egyszerű nyelven– úgy tűnik, ezek a részecskék „egymásra másznak”. Ennek eredményeként a kvarkok nem különböztetik meg natív nukleonjaikat, és szabadon mozognak az ezekből a nukleonokból álló mag teljes térfogatában. Így a bezártság megtörténik, de a „börtönketrecének” térfogata jelentősen megnő. Következésképpen minél több nukleon érintkezik és „fedi egymást”, annál nagyobb a „ketrec”. Egy ilyen jelenség elérheti a makroszkopikus léptékeket vagy még többet is.

Létezés és átvétel

A kvark-gluon plazma sok nukleon egymásra helyeződésének eredményeként jön létre, aminek következtében a kvarkok szabadon mozognak az ezekből a nukleonokból álló mag térfogatában. Az ilyen plazma elsősorban nagy nyomású körülmények között létezik, például a neutroncsillagok magjában. 2005-ben azonban az amerikai tudósoknak sikerült kvark-gluon plazmát szerezniük a RHIC nehézionütköztetőben. Ennél a gyorsítónál a fénysebesség 99,99%-os sebességével lehetett atommagokat ütköztetni, az ütközés következtében 20 000 GeV energia szabadult fel, és 10 25 –10 30 nyomást értek el. légköri nyomásés a hőmérséklet 10 9 –10 10 K. Később egy hasonló kísérletet megismételtek a CERN-ben található Large Hadron Colliderben nagy energiákkal.

- Hogyan került a tudományba?

Astghik Torosyan, szoftvermérnök, információtechnológiai laboratórium:

Az egész a matematika iránti szeretettel kezdődött. Mint tudják, az elméleti fizikában sok matematika van (ha nem az összes). Az iskola után felmerült a szakmaválasztás kérdése, akkor volt „divat” közgazdásznak lenni; Mindig is szerettem az egzakt tudományokat, különösen a matematikát, és elhatároztam, hogy ezt az utat követem. Később azonban bekerültem az alkalmazott matematika és számítástechnika szakra, majd két évvel később az elméleti fizika tanszékre. A felettesem azt javasolta, hogy dolgozzunk qubiteken (a qubit vagy kvantumbit a kvantuminformáció egysége) tézis, majd az egyetem elvégzése után hozzá mentem a Nukleáris Kutatási Közös Intézetbe dolgozni. Itt kezdődött az utam.

Maria Fomina, fiatal kutató, Nukleáris Probléma Laboratórium:

Az iskolában a matematika és a fizika mindig könnyű volt számomra. Ezért, amikor eljött a szakmaválasztás ideje, biztosan tudtam, hogy az összefügg majd egzakt tudományok. A Voronyezsi Fizikai Kart választotta állami Egyetem. Amikor egy szűkebb szakterületet kellett választanom, úgy döntöttem, hogy az orvosi fizika, nevezetesen a magfizika alkalmazása az orvostudományban teljesen megfelelő lesz számomra - érdekes és alkalmas egy lány számára. Az alapképzésemet ezen a szakon végeztem, de a mesterképzésbe bekerültem magfizika szakra. A mesterképzés első évében felajánlották, hogy először gyakorlatra, majd oklevélre menjek Dubnára. Amit én tettem. Dubnában kötöttem össze életemet a Föld legérdekesebb, legtitokzatosabb és legelterjedtebb részecskéjével - a neutrínóval.

Alexandra Friesen, fiatal kutató, Elméleti Fizikai Laboratórium:

Úgy tűnik számomra, hogy a tudományba való belépés mindig véletlen. Először tanuld meg. A Szaratovi Egyetem fizika szakán tanultam. Szakterületem a nemlineáris rendszerek dinamikája volt. Rezgések, hullámok, radiofizika. A harmadik évben jöttem rá, hogy belefáradtam ebbe. Mert minden ugyanaz, csak más szósszal. És most kezdtük el tanítani az elméleti fizika tanfolyamot. Elmentem az elméleti fizika tanszékre, és azt mondtam: „Vigyél magadhoz!” Aztán eljöttem Dubnába egy konferenciára, és úgy döntöttem, maradok. Egyáltalán nem terveztem, hogy a harmadik évben természettudományokat tanuljak. Olyan terveim voltak, hogy elmegyek és valami mást csinálok. Szóval véletlenül történt. Ötödik éve, vagyis 2006 óta vagyok Dubnán. Először is tetszett a város. Másodszor, tetszett az intézet. Harmadszor pedig valami nagyon megérintett abban az értelemben, hogy érdekessé vált. Bár persze nem éppen „vigyél magaddal” volt az. Eljöttem a konferenciára. Az ilyen rendezvényeken, különösen a nyári iskolák a fiatal tudósok számára időnként maguk a professzorok jelentkeznek, és önreklámot készítenek. Szaratovi osztályunkon mindenki tudta ezt, és azt tanácsolta, hogy nézzem meg jobban ott. Így találtam egy felügyelőt.

Tudod, a XVII-XVIII. voltak speciálisan kiképzett emberek, akik berúgták az embereket, aztán akik berúgtak, hirtelen felébredtek tengerészként a hajókon. Ezek a konferenciák nagyjából hasonló módon zajlottak. Mi történik? Adnak egy kis italt, és felébredsz a hajón!

- Mi a témája tudományos munka?

A. Torosyan:

Tudod, mi az a kubit – a kvantumbit? Itt a kvantumszámítás elméletét tanulom. Sűrűségmátrixszal leírható kvantummechanikai rendszereket (két qubit és egy qubit-qutrit pár) tekintünk. Sűrűségmátrix birtokában feltárhatja a felsorolt ​​rendszerek tulajdonságait, megtalálhatja az elválaszthatóság (vagy összefonódás) feltételeit, mérheti az összefonódás mértékét, osztályozhatja a megfelelő csoportok pályáit a sűrűségmátrix degenerációinak megfelelően, ill. sokkal több.

M. Fomina:

Kísérleti fizikus vagyok, jelenleg a DANSS kísérleten dolgozom, amely a Kalinini Atomerőműben zajlik. Ez a kísérlet egyszerre két problémát old meg: egy alapvetőt - a neutrínók természetének jobb megértése érdekében, és egy alkalmazottat - a neutrínók felhasználását az atomerőművek biztonságának ellenőrzésére.

A neutrínó a leggyakoribb részecske az Univerzumban, ugyanakkor az egyik legkevésbé tanulmányozott részecske: nincs töltése, ami azt jelenti, hogy nem vesz részt elektromágneses kölcsönhatásokban, és nem része a minket körülvevő anyagnak. A tömegét továbbra sem lehet megmérni - csak korlátok vannak. Van egy másik érdekes jelenség is a neutrínókkal kapcsolatban – a neutrínó oszcillációi. Ami? A neutrínóknak három típusa van - elektron-, müon- és tau-neutrínó. Különböző tömegű részecskékről van szó, amelyek azonban szabadon mozogva egymásba tudnak átalakulni, vagyis ha müonneutrínó repül el a forrástól, akkor attól távolodva elektron vagy tau neutrínó figyelhető meg. Pontosan a neutrínó oszcillációinak felfedezéséért, amelyek igazolják a tömeg jelenlétét egy részecskében, ítélték oda a díjat. Nóbel díj fizikából 2015-ben (szerint Szabványos modell a neutrínóknak nincs tömegük).

A legtöbb erős forrás a neutrínók a Földön Atom állomások. A nukleáris üzemanyag (főleg urán) elégetése során nagy mennyiség reaktorneutrínók (pontosabban elektron-antineutrínók), míg fegyveres minőségű plutóniumot állítanak elő. És minden neutrínó tartalmaz bizonyos információkat arról, hogy mi történt a reaktorban, mivel a neutrínó energiája közvetlenül függ attól, hogy az üzemanyag hogyan ég, milyen elemek vannak a reaktorban. Ebben a pillanatban ott égett, mekkora a reaktor teljesítménye. Ennek megfelelően, ismerve ezeknek a részecskéknek az úgynevezett energiaspektrumát, azt mondhatjuk, hogy üzemanyagunk jelenleg ilyen-olyan mennyiségű uránból, ilyen-olyan mennyiségű plutóniumból áll, amit már előállítottak. Azt is meg lehet mondani, hogy adott pillanatban mekkora a reaktor hőteljesítménye.

Ez azonban csak szájhagyomány. Először is, ahogy már mondtam, a neutrínókat nehéz észlelni. Másodszor, az atomerőművek zárt objektumok, és az ilyen megfigyeléshez az érzékelőt a reaktor közelében kell elhelyezni - néhány méterrel arrébb. A detektor pedig egy úgynevezett szcintillációs folyadék, és gyúlékony, ráadásul sok kell belőle - ezek óriási detektorok. Ezért a gyakorlatban ilyen megfigyelésre korábban nem volt lehetőség.

Közvetlenül a Kalinini Atomerőmű reaktorában dolgozunk, és van egy szcintillátorunk, nem folyékony, hanem szilárd - polisztirol, és a készülékünk kompakt. Vagyis ez egy köbméter műanyag - ez az egész detektor. Ha három ilyen kockát helyezünk az aktív zóna köré (a reaktor egy nagy, körülbelül három méter átmérőjű és azonos magasságú henger), akkor megkapjuk a „tomográfiáját”: 10-15 cm pontossággal, megérthetjük, hol ég el gyorsabban az urán, hol mennyi plutónium, hol milyen hőmérsékleten. Ez nemcsak a biztonságot javítja, hanem a működés optimalizálását is. Ez pedig pénz.

A reaktormag monitorozása detektorunk alkalmazott feladata. De van egy alapvető (és számomra, mint fizikus számára érdekesebb) feladat is - a rövid hatótávolságú neutrínó-oszcillációk keresése a negyedik típusú neutrínóba - steril. A reaktorneutrínók vizsgálatára végzett számos kísérlet részecskedeficit mutatott, vagyis a vártnál kevesebb részecskét regisztráltak a detektorok. Ezt a jelenséget „reaktor antineutrínó anomáliának” nevezik. Ennek a hiányosságnak az egyik magyarázata egy negyedik típusú neutrínó – steril – létezésének lehetősége. Az ilyen állapotú rezgések keresése detektorunk alapvető feladata. A DANSS detektor 2016 óta működik, jelenleg a statisztikák gyűjtése folyik. Vagyis ha léteznek, akkor láthatjuk. Ha nincsenek ott, azt is látni fogjuk. Végül is olyan nehéz megmérni a neutrínókat, hogy fennáll annak a lehetősége, hogy más detektorok egyszerűen kihagyták őket, de mi pontosabban fogunk mérni - a mi detektorunk mindössze 11 méterre található a reaktormagtól, és általában nem fogunk látni hiány vagy anomália. Valami újat bizonyítani vagy cáfolni mindig érdekes, legalábbis. Végtére is, nagyon klassz, ha úgy gondolja, hogy valami „új” fizikában érintett.

A. Friesen:

most mit csinálok? most elmagyarázom. Az Univerzumban kétféle módon keletkezik a tömeg. Az első mechanizmus a legelemibb szinten van: a kezdetben tömeg nélküli elemi részecskék a Higgs-mechanizmus révén tömegessé válnak. Ezért a standard modellt alkotó összes részecske tömeggel rendelkezik. Valójában ez a tény nagymértékben sérti az Univerzum globális szimmetriáját. A természet nem állt meg itt, és nem tette az összes tojását egy kosárba. A kvarkok kölcsönhatásba lépnek egymással és hadronokat alkotnak. És kiderül, hogy ez a kölcsönhatás tömeget szerez. Ez a második mechanizmus. Vagyis volt egy 5 MeV-os kvark, kölcsönhatásba kezdett a szomszédaival, és 300 MeV-os súlyt mért. És ez az erősen kölcsönható kvark, amely a proton belsejében található, nem húzható ki a protonból - van egy ilyen szabály. És természetesen a tudósoknak valószínűleg volt egy ötlete: hogyan lehet ezeket a kvarkokat megszerezni, és egyáltalán szabadok lehetnek? Ezután egy gondolatkísérletet végzünk: elkezdjük tömöríteni a magot. Az atommag protonokból és neutronokból áll, amelyek viszont kvarkokból és gluonokból állnak. Ha összenyomjuk, a protonok és a neutronok átfedik egymást. Átfedik egymást, és nem világos, hogy melyik kvark melyik nukleonhoz tartozik. És egy ilyen állapotról azt mondják, hogy fázisátalakulás történt, vagyis a kvarkok felszabadultak. Ezt az állapotot kvark-gluon plazmának nevezik, és feltételezzük, hogy minden anyagunk ebben az állapotban volt közvetlenül az Ősrobbanás után.

Feltételezett. De ez a kvark-gluon plazma még mindig sok vitát vált ki a tudósok között. Ennek megtalálása érdekében kísérleteket végeznek például az LHC-nél, Dubnában pedig a NICA ütközőnél. És azzal foglalkozom - elméleti értelemben -, hogy fázisátmenetet keressek a számunkra jól ismert hadronos anyag állapotából a kvark-gluon plazma állapotába. Feltételezzük, hogy ott fázisátalakulásnak kell lennie. Sőt, még kétféle fázisátalakulás is lehet: nagyon lágy, amikor a kvarkok együtt élhetnek hadronokkal, és kemények, amikor eleinte csak hadronok voltak, majd kvarkok és gluonok egyszerre. De meg kell értened, hogy ezek a folyamatok egyáltalán nem hasonlítanak ahhoz, amit a hétköznapi, nagy és klasszikus (nem mikro- és nem kvantum) világunkban elképzelünk. A kvark-gluon plazma csak 0,1 másodperccel az ősrobbanás után létezett, és nagyon korlátozott mennyiségben. És ekkor megtörtént a kívánt átmenet. Kidolgozunk egy modellt, hogyan történhetett ez. Nagyon korlátozott mennyiség. Rendkívül korlátozott ideig. Aztán ennek az anyagnak a terjeszkedése azonnal elkezdődik. Megkezdődik a lehűlés, és már nem látjuk ezeket a szabad kvarkokat. Már látjuk őket hadronokban, pionokban (π-mezonokban), rezonanciákban és kaonokban (K-mezonokban), és bármiben! Az igazi érdek pedig éppen az, hogy megtaláljuk és megértsük, hogy a kvark-gluon plazmának ez az állapota, a kvarkok és gluonok felszabadulása lehetséges-e vagy sem.

- Mik a terveid a jövőre nézve?

A. Torosyan:

Szeretnék továbbra is ezen a területen dolgozni; Szeretek analitikai és numerikus számításokat végezni számítógépes algebrai rendszerekkel. Többdimenziós objektumokat rajzolunk, kiszámítjuk az összetévesztés valószínűségét, új képleteket kapunk, és gyönyörű következtetésekre jutunk. Nagyon élvezem, hogy részese lehetek ennek az egésznek.

M. Fomina:

Röviden: a jövőre vonatkozó terveim a tudomány, a tudomány, a tudomány. A fizika más irányába már nem tudom elképzelni magam, nem beszélve más szakterületekről. A neutrínó fizika ma már nagyon aktuális az egész világon. Egyáltalán nem kell a fizika másik ágára gondolni. Ezért nagyon fontos számomra, hogy továbbra is részt vegyek a DANSS kísérletben és megvédjem a PhD disszertációmat – ezek a közeljövő legfontosabb tervei.

A. Friesen:

Komplex probléma. Valószínűleg érdekel az asztrofizika. Létezik olyan objektum, mint a neutroncsillagok, ami arra utal, hogy a bennük lévő anyag kvark-gluon plazma állapotban lehet. Mert ezek nagyon kicsi, kompakt és forró tárgyak. Érdekelnek a fekete lyukak. Talán én is ezt fogom tenni. Mert ezek átfedő területek. És az a személy, aki a neutroncsillagokat tanulmányozza, nagyon széles körben használja azt a modellt, amelyen dolgozom.

A svájci Genf külvárosában virágzó rétek mögött egy raktár található, amelynek liftje csak lefelé megy. Több száz méter mélyen, egy nyolcszögletű üreges cső belsejében, amely egy nagy istállóra emlékeztet, hiperkomplex detektorok vannak, amelyek rögzítik a protonütközéseket. Az LHC kísérletében részt vevő tudósok úgy döntöttek, hogy egy furcsa anyagot szereznek be, amely valószínűleg az ősrobbanás utáni pillanatokkal töltötte be az újszülött Univerzumot. Az úgynevezett kvark-gluon plazmát ben hozták létre laboratóriumi körülmények előtte pedig viszonylag nagy ólomatomok ütköztetésével. Ezúttal a kutatók úgy döntöttek, hogy elhanyagolhatóan kicsi protonokat tolnak össze, és nem mindegyiket.

A Nature Physics folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány eredményeinek fontossága az átlagember számára nem válik azonnal világossá. Alapvetően a protonok használata pontosabb módszert biztosít a kvark-gluon plazma elemzésére. Livio Bianchi kutató szerint a proton-proton ütközések elkerülhetik a bejutást nagy mennyiség szükségtelen, kaotikus adatok, amelyek elemzése túl sok időt vesz igénybe. A felfedezés azt is lehetővé teszi a fizikusok számára, hogy tanulmányozzák a protonütközések mechanizmusát, és ennek köszönhetően a jövőben esetleg másokat is felfedezzenek. a tudomány számára ismeretlen részecskék, mint a Higgs-bozon esetében.

Minden proton és neutron kétféle kvarkból, elemi részecskéből áll, de rajtuk kívül van még négy fajta (vagy „íz”), és e részecskék mind a hat változatának kombinációja eredményeként igen sokféle nagyobb részecskéket kapunk. A ragasztószerű részecskék, a gluonok összetartják a kvarkokat, általában párban vagy hármasban, így szinte lehetetlen egyetlen kvarkot találni, mert a köztük lévő vonzási erő a távolsággal növekszik, nem pedig gyengül. Ha azonban energiát alkalmazunk rájuk, a kvarkok „forró levessé” alakulnak, ahol mindegyik szorosan össze van kötve, mint egy ideális folyadék. Ez az a kvark-gluon plazma, amely a tudósokat annyira érdekli.

Az ütközőnél dolgozó tudósok az Egyesült Államok RHIC és LHC ütköztetőjénél végzett nagyenergiájú arany- vagy ólomatomok ütközései során végzett kísérletekből tudtak ennek a kvantumlevesnek a létezéséről. De ahhoz, hogy bejelenthessék ennek az anyagnak a felfedezését, be kellett szerezniük néhány dolgot. Különösen egy billió fokra melegített folyékony plazmagolyóra volt szükségük, mivel ilyen körülmények között a kvarkok „furcsaságfokozás” néven ismert tulajdonsága lehetővé teszi a részecskeáramok szingulettekre való felosztását, vagyis a tudósok egyetlen egységet kapnak. kvarkok a kimeneten. De hogyan kell végrehajtani egy ilyen műveletet?

A CERN kutatói a fenti állapotot úgy érték el, hogy összehasonlították az egzotikus kaonok és lambda részecskék (mindegyik egyfajta kvarkot tartalmaznak, egy "furcsa" kvarkot), az xi részecske (amely két ilyen kvarkot tartalmaz) és az omega részecske (amely három kvarkot tartalmaz) hozamát. protonütközések eredményeként. Ennek megfelelően minél több furcsa kvark, annál nagyobb a hozam. A protonok ütközésekor különböző méretű részecskék keletkeznek, és ha több részecske jön ki, az azt jelentené, hogy nagyobb arányban jelennének meg furcsa kvarkok.

Az ALICE detektor, amelyet kifejezetten az ilyen mikroszkopikus műveletek észlelésére terveztek, tökéletesen végzi a dolgát az alatta elhelyezett komplex detektorrendszernek köszönhetően. visszatartás. Hasonló munka erősen spekulatívnak tűnhet, és ez az: a tudósok nem állítják, hogy proton-proton ütközések eredményeként már felfedezték volna a kvark-gluon plazmát. Ennek ellenére az ALICE és a CERN CMS és az ATLAS más detektorai több száz fizikust vonnak össze, akik hasonló eredményeket keresnek. Ezen a héten a protonütközési kísérletet az LHC teljesítményének csak a felével végezték. Az LHC több hónapos technikai munka után végre visszatért a munkához, ami azt jelenti, hogy a kísérlet folytatódik, és a közeljövőben folytatódik az elemi részecskék vizsgálata.

Mindössze három hét telt el a nagy hadronütköztetőben a nehézionok ütközésével kapcsolatos munkálatok kezdete óta, és a fizikusok három kísérlet során (ALICE, CMS és ATLAS) már megkapták az első adatokat arról, hogy milyen volt az anyag a világ legkorábbi pillanataiban. az Univerzum létezését. A kifejezetten nehézionok (jelenleg ütköző ólomionnyalábok) vizsgálatára optimalizált ALICE (A Large Ion Collider Experiment) már közzétette az első adatokat, amelyek az úgynevezett kvark-gluon plazma kialakulására utalnak.

Ez az az állapot, amelyben az összes anyag körülbelül 0,00000000001 másodperccel az Ősrobbanás után volt.

Abban a pillanatban még az elemi részecskék - protonok és neutronok - sem „összeálltak” az őket alkotó kvarkokból és gluonokból. Hőmérsékletük és sebességük túl magas volt a részecskeképződéshez, ezért csak kevert „folyadékot” alkottak – kvark-gluon plazmát. ALICE képes volt megfigyelni az úgynevezett elliptikus áramlást, amely közvetlenül jelzi a kvark-gluon plazma megjelenését.

Néhány nappal ezelőtt az ATLAS és a CMS együttműködése egy másik hatás felfedezéséről számolt be, amely az anyag ezen szélsőséges állapotának kialakulására jellemző: a hadronikus sugarak kioltásáról. Az ATLAS fizikusainak munkáját elfogadták publikálásra a folyóiratban Fizikai áttekintő levelek, A

Csütörtökön szemináriumot tartanak a CERN-ben, amelyen beszámolnak az együttműködések legfrissebb eredményeiről.

„Az igazán lenyűgöző, hogy a kísérletek milyen gyorsan jutottak ezekhez az összetett fizikai eredményekhez. Az együttműködések versengenek egymással az anyag gyors publikálásáért, de természetesen együtt dolgoznak, hogy teljes képet alkossanak a vizsgált jelenségekről és az eredmények kereszt-összehasonlításáról. Ez nagyszerű példa arra, hogyan működik a verseny és az együttműködés – kulcsfontosságú pontok ezen a kutatási területen” – mondta Sergio Bertolucci, a CERN kutatási igazgatója. a szervezet sajtószolgálata.

Az LHC-kísérletek alapvetően ugyanazokat a jelenségeket vizsgálják, de a tervük alapvetően különbözik.

Ez lehetővé teszi a részecskesugarak ütközésekor bekövetkező események különböző módszerekkel történő megfigyelését, pontosabb rögzítését és annak ellenőrzését, hogy a megfigyelés egy bizonyos hatás fellépésének következménye, vagy csak „zaj”. Csak akkor tekinthető megbízhatónak, ha ugyanazt az adatot több módszerrel nyerik.

A kvark-gluon plazma vizsgálata az LHC egyik prioritása. Ez segít nemcsak megérteni, hogyan nézett ki az Univerzum közvetlenül a születés után, hanem a modern anyag kialakulásának folyamatának tanulmányozásában is.

A kvark-gluon plazma az anyag legelosztottabb halmazállapota, ahol a részecskéket - kvarkokat és gluonokat - nem kötik meg az úgynevezett erős kölcsönhatások, amelyek ma már támogatják a protonok, neutronok és általában az összes atommag létezését. Periódusos táblázat Mengyelejevről nevezték el, amelyből a mi világunk áll - élő és élettelen.

A kvark-gluon plazma tanulmányozásával a tudósok azt remélik, hogy jobban megértik az erős kölcsönhatás természetét.

Hogyan jön létre ez a példátlan állapot az LHC-nél? Amikor az ólomionok – nagyon nehéz részecskék (kb. 200-szor nehezebbek, mint a protonok) – ütköznek, elegendő energia koncentrálódik a nyalábok metszéspontjában ahhoz, hogy „mikrocseppeket” hozzon létre az „ősanyagból” nagyon kis térfogatban. Jelenlétét számos speciális jel érzékeli, amelyeket az LHC detektor képes mérni.

Az ALICE együttműködés szerint a forró kvark-gluon plazma nagyon alacsony viszkozitású folyadékként viselkedik (ideális folyadék). Ezek az adatok összhangban vannak a korábban az RHIC ütköztetőnél (The Relativistic Heavy Ion Collider, Brookhaven National Laboratory, New York) kapott adatokkal.

„Most, hogy elkezdtük a nehéz atommagok ütköztetését, az LHC igazi „Big Bang-eszközzé” vált – ez úgy hangzik, mint a sci-fi. A kvark-gluon plazmával kapcsolatos megfigyeléseink megerősítik az RHIC munkatársainak adatait, de most további fontos jellemzőket is megjegyezhetünk” – mondta Jürgen Schukraft, az ALICE együttműködés vezetője.

Az ATLAS és a CMS kísérletek eredményesen figyelték meg a sugárkioltást, mivel rendszereik nagyon hatékonyan képesek "lezárni" az energiát és mérni annak felszabadulását. Különösen az ütközések során keletkező részecskesugarakat mérik. A protonütközések során keletkezett fúvókák leggyakrabban párban jelennek meg.

Amikor azonban nehéz ionok ütköznek, a fúvókák kölcsönhatásba lépnek egy forró, nagyon sűrű közeg zord körülményei között.

Az eredmény egy nagyon karakterisztikus jel, amelyet jet kvencselésnek neveznek, és így fejezzük ki éles esés energiájukat. Ez azt jelenti, hogy amikor a részecskék összeütköznek a detektorban, olyan közeg jön létre, amely sokkal sűrűbb, mint bármely ismert anyag. A sugárkioltás jó paraméter a plazma viselkedésének részletes vizsgálatához.

December 6-ig folytatódik az ólomgerendák ütközése az LHC-nél. Ezután az ütközőt több hónapra leállítják.

A Large Hadron Collider a világ legnagyobb és legerősebb gyűrűs részecskegyorsítója. A föld alatt található egy 27 kilométeres alagútban Svájcban és Franciaországban Genf közelében, az Európai Nukleáris Kutatási Központban (CERN). Az ütközőgép működésének aktív szakasza 2010. május végén kezdődött. Az óriásműszer négy detektora (CMS, ATLAS, ALICE és LHCb) az Univerzum anyagállapotát vizsgálja közvetlenül az Ősrobbanás után, keresi a Higgs-bozont - azt a részecskét, amely tömeget hoz létre az Univerzumban. keresés " új fizika» - a Standard Modellen kívüli jelenségek, a domináns modern elmélet részecskefizika.

QUARK-GLUON PLAZMA, az erősen kölcsönható anyagok hipotetikus állapota, amelyet a színvisszatartás (bezártság) hiánya jellemez. Ebben az állapotban a hadronok által felfogott színes kvarkok és gluonok felszabadulnak, és kvázi-mentes részecskékként terjedhetnek a kvark-gluon plazma teljes térfogatában – megjelenik a „színvezetőképesség” (hasonlóan elektromos vezetőképesség közönséges elektron-ion plazmában). A modern elképzelések szerint ez az állapot magas hőmérsékleten és/vagy az egyensúlyi hadronikus anyag nagy barionsűrűségén jön létre.

Természetes körülmények között a kvark-gluon plazma látszólag csak az Ősrobbanás utáni első 10-5 másodpercben létezett. Lehetséges, hogy a legmasszívabbak közepén is jelen lehet neutroncsillagok. Van okunk azt hinni atommagokösszetételükben a protonokon és neutronokon kívül kvark-gluon plazma „cseppjeit” is tartalmazzák, vagyis az atommagok heterofázisú rendszernek számítanak.

A kvark-gluon plazma létezésének lehetősége szorosan összefügg a kvantumkromodinamika (QCD) fizikai vákuum szimmetriájának spontán megtörésével és az aszimptotikus szabadsággal - az effektív színtöltés csökkenésével a színes részecskék közötti távolság csökkenésével, növekvő hőmérséklet és/vagy sűrűség. Azonban még mindig nincs szigorú matematikai bizonyíték a fázisátalakulás és a színmegtartás létezésére a QCD-ben. Jelentős előrelépés történt ezeknek az összetett problémáknak a megoldása felé a térrácson végzett számítógépes számítások során (lásd: Rácstérelméletek).

Mert kísérleti kutatás Kvark-gluon plazma létrehozását javasolják a szükséges feltételeket laboratóriumi kialakulásához nehéz nagyenergiájú atommagok ütközése révén. A becslések szerint a nukleáris ütközési tartományban kialakult rendszer még hosszú ideig fennáll, energiája és kompressziója biztosítja a kvark-gluon plazmafázis elérését a már működő nehézion-gyorsítókkal. A kvark-gluon plazma képződéséről információt szolgáltató legfontosabb jelekként javasolt a leptonpárok képződésének, a foton-emissziós és az anomáliás folyamatoknak a felhasználása. nagy szám furcsa részecskék születése.

Lit.: Shelest V.P., Zinoviev G.M., Miransky V.A. Erősen kölcsönható elemi részecskék modelljei. M., 1976. T. 2; Gorenshtein M.I. és munkatársai: A hadronikus és a kvark-gluon anyag közötti fázisátmenet pontosan megoldható modellje // Elméleti és matematikai fizika. 1982. T. 52. 3. sz.; Feinberg E. L. Termodinamikus tűzgolyók // Előrelépések fizikai tudományok. 1983. T. 139. 1. sz.