Kvark-gluon plazmasi - kompyuter modeli

Kvark-glyuon plazmasi - bu glyuonlar, kvarklar va antikvarklar to'plami bo'lgan moddaning holati. Bunday plazmaning shakllanishi oddiy plazma hosil bo'lishiga o'xshash tarzda davom etadi.

Oddiy moddaning atomlari asosan neytraldir, chunki ularning yadrosining zaryadi yadro atrofida aylanadigan elektron tomonidan qoplanadi. Haroratning oshishi bilan atomlar ionlanadi, ya'ni elektron o'z orbitasidan chiqish uchun etarli energiya oladi, natijada alohida musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektron hosil bo'ladi. Ushbu moddaning holati plazma deb ataladi.

Kvark-gluon plazmasi holatida "rang" deb ataladigan narsa qoplanadi. Rang - zarrachani tashkil etuvchi kvarklarning xususiyatlaridan biri - adron va kvarklarni bir-biriga "yopishtiruvchi" glyuonlar (ular kuchli o'zaro ta'sirning tashuvchisi).

Qamoqqa olish

Adronlarni tashkil etuvchi kvarklar va glyonlar normal sharoitda erkin holatda bo'lishga qodir emas. Shunday qilib, agar siz ularni adron o'lchamidan (10 -13 sm) kattaroq masofaga "tortib" olishga harakat qilsangiz, kvarklar va glyuonlarning energiyasi tez va cheksiz ortadi. Kvarklarni ajrata olmaslik hodisasi "qamoqqa olish" deb ataladi, bu ingliz tilidan "qamoq" deb tarjima qilinadi. Ushbu hodisa yuqorida aytib o'tilgan xususiyat - rang yordamida tasvirlangan. Shunday qilib, erkin holatda faqat kvarklardan tashkil topgan jismlar mavjud oq rang. Misol uchun, proton kvarklardan iborat bo'lib, ularning ranglari yashil, ko'k va qizil bo'lib, oq rangga aylanadi.

Biroq, qamoqqa olish boshqacha ishlaydigan shartlar mavjud. Bunday sharoitlarga ultra past harorat yoki o'ta yuqori bosim kiradi. Bunday sharoitlarda ikkita nuklonning to'lqin funktsiyalari ( umumiy ism atom yadrosini tashkil etuvchi proton va neytronlar) bir-biriga yopishadi, deyishadi oddiy tilda- bu zarralar "bir-biriga ko'tarilish" kabi ko'rinadi. Natijada, kvarklar o'zlarining mahalliy nuklonlarini farqlashni to'xtatadilar va shu nuklonlardan tashkil topgan yadroning butun hajmi bo'ylab erkin harakatlana boshlaydilar. Shunday qilib, qamoqqa olish sodir bo'ladi, lekin uning "qamoqxona qafasi" hajmi sezilarli darajada oshadi. Binobarin, nuklonlar qanchalik ko'p tegsa va "bir-biriga yopishsa", "qafas" hajmi shunchalik katta bo'ladi. Bunday hodisa makroskopik shkalaga yoki undan ham ko'proqqa yetishi mumkin.

Mavjudligi va kvitansiyasi

Kvark-glyuon plazmasi ko'plab nuklonlarning bir-birining ustiga "superpozitsiyasi" natijasida paydo bo'ladi, buning natijasida kvarklar shu nuklonlardan tashkil topgan yadro hajmida erkin harakat qiladi. Bunday plazma asosan yuqori bosim sharoitida, masalan, neytron yulduzlarning yadrolarida mavjud. Biroq, 2005 yilda amerikalik olimlar RHIC og'ir ion kollayderida kvark-glyuon plazmasini olishga muvaffaq bo'lishdi. Ushbu tezlatgichda yadrolarni yorug'lik tezligining 99,99% tezlikda to'qnashtirish mumkin edi, to'qnashuv natijasida 20000 GeV energiya ajralib chiqdi va 10 25 -10 30 bosimga erishildi. atmosfera bosimi va harorat 10 9 –10 10 K. Keyinchalik shunga o'xshash tajriba CERNdagi Katta adron kollayderida yuqori energiyalarda takrorlandi.

- Ilmga qanday kirib keldingiz?

Astgik Torosyan, dasturiy ta'minot muhandisi, axborot texnologiyalari laboratoriyasi:

Hammasi matematikaga bo'lgan muhabbatdan boshlandi. Ma'lumki, nazariy fizikada matematika juda ko'p (hammasi bo'lmasa). Maktabdan keyin kasb tanlash masalasi paydo bo'ldi, keyin iqtisodchi bo'lish "moda" edi; Men har doim aniq fanlarni, xususan, matematikani yoqtirardim va men ham shu yo'ldan borishga qaror qildim. Biroq, keyinchalik amaliy matematika va informatika bo'limiga o'qishga kirdim va ikki yildan so'ng nazariy fizika bo'limiga o'tdim. Rahbarim kubitlar ustida ishlashni taklif qildi (qubit yoki kvant bit, kvant ma'lumotlari birligidir) tezis, va universitetni tugatgandan so'ng, men uning qo'shma yadroviy tadqiqotlar institutiga ishga bordim. Mening sayohatim shu erdan boshlandi.

Mariya Fomina, Yadro muammolari laboratoriyasining kichik ilmiy xodimi:

Maktabda matematika va fizika men uchun doim oson edi. Shuning uchun, kasb tanlash vaqti kelganida, men bu bilan bog'liqligini aniq bilardim aniq fanlar. Voronej fizika fakultetini tanladi davlat universiteti. Men torroq mutaxassislikni tanlashga to'g'ri kelganda, men tibbiy fizika, ya'ni yadro fizikasini tibbiyotda qo'llash men uchun juda mos keladi - ham qiziqarli, ham qizga mos keladi, deb qaror qildim. Men ushbu mutaxassislik bo‘yicha bakalavriyatni tamomladim, lekin yadro fizikasi yo‘nalishi bo‘yicha magistraturaga o‘qishga kirdim. Magistraturaning birinchi yilida menga Dubnaga borishni taklif qilishdi, avval amaliyot o‘tash, keyin esa diplom olish uchun. Men nima qildim. Aynan Dubnada men hayotimni Yerdagi eng qiziqarli, sirli va keng tarqalgan zarracha – neytrino bilan bog‘ladim.

Aleksandra Frizen, nazariy fizika laboratoriyasining kichik ilmiy xodimi:

Menimcha, fanga kelish har doim tasodif, aslida. Avval o'rganasiz. Men Saratov universitetining fizika fakultetida o'qiganman. Mening mutaxassisligim chiziqli bo'lmagan tizimlar dinamikasi edi. Tebranishlar, to'lqinlar, radiofizika. Uchinchi yilga kelib, men buni qilishdan charchaganimni angladim. Chunki hamma narsa bir xil, ammo boshqa sous bilan. Biz esa endigina nazariy fizika kursini o‘rgatishni boshladik. Men nazariy fizika bo‘limiga borib: “Meni o‘z joyingga olib bor!” dedim. Va keyin men Dubnaga konferentsiya uchun keldim va qolishga qaror qildim. Uchinchi kursimda fanni o‘rganish niyatim yo‘q edi. Ketish va boshqa biror narsa qilishgacha rejalarim bor edi. Shunday qilib, bu tasodifan sodir bo'ldi. Men Dubnada beshinchi kursimdan, ya’ni 2006 yildan beriman. Menga birinchi navbatda shahar yoqdi. Ikkinchidan, institut menga yoqdi. Uchinchidan, bir narsa menga juda ta'sir qildi, chunki u qiziqarli bo'ldi. Garchi, albatta, bu "meni o'zingiz bilan olib keting" emas edi. Men konferentsiyaga keldim. Bunday tadbirlarda, ayniqsa, da yozgi maktablar yosh olimlar uchun ba'zan professorlarning o'zlari kelib, o'zlarini reklama qilishadi. Saratovdagi bo‘limimizdagilarning hammasi buni bilishardi va u yerga yaqinroq qarashimni maslahat berishdi. Shu tariqa men nazoratchi topdim.

Bilasizmi, XVII-XVIII asrlarda. odamlarni mast qilgan maxsus o'qitilgan odamlar bor edi, keyin esa mast bo'lganlar birdan kemalarda dengizchilar sifatida uyg'onib ketishdi. Ushbu konferentsiyalar xuddi shunday tarzda o'tkazildi. Nima bo'lyapti? Ular sizga ozgina ichimlik berishadi va siz kemada uyg'onasiz!

- Mavzuingiz nima ilmiy ish?

A. Torosyan:

Qubit nima ekanligini bilasizmi - kvant biti? Bu erda men kvant hisoblash nazariyasini o'rganyapman. Biz zichlik matritsasi bilan tavsiflanishi mumkin bo'lgan kvant mexanik tizimlarini (ikki kubit va qubit-qutrit juftligini) ko'rib chiqamiz. Qo'lda zichlik matritsasiga ega bo'lgan holda, siz sanab o'tilgan tizimlarning xususiyatlarini o'rganishingiz, ajralish (yoki chalkashlik) uchun sharoitlarni topishingiz, chalkashlik darajasini o'lchashingiz, zichlik matritsasi degeneratsiyasiga muvofiq tegishli guruhlarning orbitalarini tasniflashingiz va ko'proq.

M. Fomina:

Men eksperimental fizikman, hozirda Kalinin AESida bo'lib o'tayotgan DANSS tajribasi ustida ishlayapman. Ushbu tajriba bir vaqtning o'zida ikkita muammoni hal qiladi: asosiysi - neytrinolarning tabiatini yaxshiroq tushunish uchun va qo'llaniladigan - atom elektr stantsiyalari xavfsizligini kuzatish uchun neytrinolardan foydalanish.

Neytrino koinotdagi eng keng tarqalgan zarradir, lekin ayni paytda u eng kam o'rganilganlardan biridir: uning zaryadi yo'q, ya'ni u elektromagnit o'zaro ta'sirlarda qatnashmaydi va atrofimizdagi materiyaning bir qismi emas. Uning massasini o'lchash hali ham mumkin emas - faqat cheklovlar mavjud. Neytrinolar bilan bog'liq yana bir qiziqarli hodisa mavjud - neytrino tebranishlari. Bu nima? Neytrinolarning uch turi mavjud - elektron, muon va tau neytrino. Bular massasi har xil boʻlgan har xil zarralardir, lekin erkin harakatlanayotganda ular bir-biriga aylanishi mumkin, yaʼni manbadan muon neytrino uchib ketsa, undan uzoqlashganda elektron yoki tau neytrino kuzatilishi mumkin. Aynan zarrachada massa borligini isbotlovchi neytrino tebranishlarini kashf etgani uchun mukofot berildi. Nobel mukofoti 2015 yilda fizika bo'yicha (ko'ra Standart model neytrinolarning massasi yo'q).

Eng kuchli manba Yerdagi neytrinolar Atom stantsiyalari. Yadro yoqilg'isi (asosan uran) yonishi paytida katta soni reaktor neytrinolari (aniqrog'i, elektron antineytrinolar), qurol darajasidagi plutoniy ishlab chiqariladi. Va har bir neytrino reaktorda nima sodir bo'lganligi haqida ba'zi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, chunki neytrino energiyasi to'g'ridan-to'g'ri yoqilg'ining qanday yonishiga, qanday elementlar borligiga bog'liq. bu daqiqa u yerda yondirilgan, reaktorning kuchi qancha. Shunga ko'ra, bu zarrachalarning energiya spektrini bilib, shuni aytishimiz mumkinki, bizning yoqilg'imiz hozirda falon miqdordagi urandan, falon miqdordagi plutoniydan iborat va allaqachon ishlab chiqarilgan. Shuningdek, ma'lum bir daqiqada reaktorning issiqlik quvvati qanday ekanligini aytishingiz mumkin.

Biroq, bu shunchaki og'zaki xizmat. Birinchidan, yuqorida aytganimdek, neytrinolarni aniqlash qiyin. Ikkinchidan, atom elektr stantsiyalari yopiq ob'ektlardir va bunday monitoring uchun detektor reaktorga yaqin - bir necha metr masofada joylashtirilishi kerak. Va detektor - bu sintillyatsion suyuqlik deb ataladigan narsa va u yonuvchan, bundan tashqari, sizga ko'p narsa kerak - bu ulkan detektorlar. Shuning uchun amalda bunday monitoringni ilgari amalga oshirish mumkin emas edi.

Biz to'g'ridan-to'g'ri Kalinin AES reaktorida ishlaymiz va bizda suyuq emas, balki qattiq - polistirolli sintilator bor va bizning qurilmamiz ixchamdir. Ya'ni, bu bir kubometr plastmassa - bu butun detektor. Agar biz uchta kubni faol zona atrofida joylashtirsak (reaktor diametri taxminan uch metr va bir xil balandlikdagi katta silindrdir), biz uning "tomografiyasini" olishimiz mumkin: 10-15 sm aniqlikda, uranning qayerda tezroq yonishini, qayerda qancha plutoniy, qayerda qanday haroratni tushunishimiz mumkin. Bu nafaqat xavfsizlikni yaxshilaydi, balki ishlashni optimallashtiradi. Va bu pul.

Reaktor yadrosini kuzatish bizning detektorimizning amaliy vazifasidir. Ammo asosiy (va fizik sifatida men uchun qiziqroq) vazifa ham bor - to'rtinchi turdagi neytrinoga qisqa masofali neytrino tebranishlarini izlash - steril. Reaktor neytrinolarini o'rganish bo'yicha o'tkazilgan ko'plab tajribalar zarrachalar etishmovchiligini ko'rsatdi, ya'ni detektorlar kutilganidan kamroq zarrachalarni qayd etdi. Ushbu hodisa "reaktor antineytrino anomaliyasi" deb ataladi. Ushbu etishmovchilikning bir izohi neytrinolarning to'rtinchi turi - steril mavjudligi ehtimolidir. Bu holatda tebranishlarni izlash bizning detektorimizning asosiy vazifasidir. DANSS detektori 2016 yildan beri ishlamoqda va hozirda statistik ma'lumotlar yig'ilmoqda. Ya'ni, agar ular mavjud bo'lsa, biz buni ko'rishimiz mumkin. Agar ular u erda bo'lmasa, biz buni ham ko'ramiz. Axir, neytrinolarni o'lchash shunchalik qiyinki, boshqa detektorlar ularni shunchaki o'tkazib yuborgan bo'lishi mumkin, ammo biz aniqroq o'lchaymiz - bizning detektorimiz reaktor yadrosidan atigi 11 metr masofada joylashgan va umuman olganda, biz hech qanday narsani ko'rmaymiz. etishmovchilik yoki anomaliya. Hech bo'lmaganda yangi narsani isbotlash yoki rad etish har doim qiziqarli. Axir, o'zingizni qandaydir "yangi" fizikaga jalb qilingan deb hisoblash juda zo'r.

A. Friesen:

Hozir nima qilyapman? Men hozir tushuntiraman. Koinotda massa hosil bo'lishining ikki yo'li mavjud. Birinchi mexanizm eng elementar darajada: dastlab massasiz elementar zarralar Xiggs mexanizmi orqali massaga aylanadi. Shuning uchun Standart Modelni tashkil etuvchi barcha zarralar massaga ega. Va aslida, bu haqiqat koinotdagi global simmetriyani juda buzadi. Tabiat bu bilan to'xtamadi va barcha tuxumlarini bitta savatga solmadi. Kvarklar adronlarni hosil qilish uchun bir-biri bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi. Va ma'lum bo'lishicha, bu o'zaro ta'sir massaga ega bo'ladi. Bu ikkinchi mexanizm. Ya'ni, 5 MeV kvark bor edi, u qo'shnilari bilan o'zaro ta'sir qila boshladi va 300 MeV og'irlik qila boshladi. Va proton ichida joylashgan bu kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi kvarkni protondan chiqarib bo'lmaydi - bunday qoida mavjud. Va tabiiyki, olimlar, ehtimol, bir fikrga ega edilar: bu kvarklarni qanday olish mumkin va ular hatto bepul bo'lishi mumkinmi? Keyin biz fikrlash tajribasini qilamiz: biz yadroni siqishni boshlaymiz. Yadro proton va neytronlardan iborat bo'lib, ular o'z navbatida kvark va glyuonlardan iborat. Agar biz uni siqsak, proton va neytronlar bir-birining ustiga chiqa boshlaydi. Ular bir-birining ustiga chiqadi va qaysi kvark qaysi nuklonga tegishli ekanligi noaniq bo'lib qoladi. Va bunday holat haqida ular fazaviy o'tish sodir bo'lgan, ya'ni kvarklar chiqarilgan deb aytishadi. Bu holat kvark-glyuon plazmasi deb ataladi va bizning barcha moddalarimiz Katta portlashdan keyin darhol shu holatda bo'lgan deb taxmin qilinadi.

Taxmin qilingan. Ammo bu kvark-glyuon plazmasi hali ham olimlar orasida juda ko'p bahs-munozaralarga sabab bo'lmoqda. Uni topish uchun tajribalar, masalan, LHCda, Dubnada esa NICA kollayderida o'tkaziladi. Va men nazariy ma'noda - bizga tanish bo'lgan adronik materiya holatidan kvark-glyuon plazmasi holatiga fazali o'tishni qidirish bilan shug'ullanaman. U erda fazali o'tish bo'lishi kerak deb taxmin qilinadi. Va aslida, hatto ikki xil fazaviy o'tish bo'lishi mumkin: juda yumshoq, kvarklar adronlar bilan birga yashashi mumkin bo'lgan va qattiq, qachonki dastlab faqat adronlar, keyin esa bir vaqtning o'zida kvarklar va glyuonlar mavjud edi. Ammo shuni tushunishingiz kerakki, bu jarayonlar bizning oddiy, katta va klassik (mikro va kvant emas) dunyomizda tasavvur qiladigan narsalarga umuman o'xshamaydi. Kvark-glyuon plazmasi Katta portlashdan atigi 0,1 soniyadan keyin va juda cheklangan hajmda mavjud edi. Va keyin kerakli o'tish sodir bo'ldi. Biz bu qanday sodir bo'lishi mumkinligi haqidagi modelni ishlab chiqmoqdamiz. Juda cheklangan hajm. Juda cheklangan vaqt. Keyin bu masalaning kengayishi darhol sodir bo'la boshlaydi. Sovutish boshlanadi va biz endi bu erkin kvarklarni ko'rmaymiz. Biz ularni hadronlarda, pionlarda (p-mezonlar), rezonanslarda va kaonlarda (K-mezonlar) va har qanday narsada ko'ramiz! Va haqiqiy qiziqish aynan kvark-glyuon plazmasining bu holati, kvark va glyuonlarning chiqishi mumkin yoki yo'qligini topish va tushunishga qaratilgan.

- Kelajakdagi rejalaringiz qanday?

A. Torosyan:

Men ushbu sohada ishlashni davom ettirmoqchiman; Men kompyuter algebra tizimlaridan foydalangan holda analitik va raqamli hisob-kitoblarni qilishni yoqtiraman. Biz ko'p o'lchovli ob'ektlarni chizamiz, chalkashlik ehtimolini hisoblaymiz, yangi formulalar olamiz va chiroyli xulosalarga kelamiz. Bularning bir qismi bo'lish menga juda yoqadi.

M. Fomina:

Xulosa qilib aytganda, mening kelajak rejalarim – ilm, ilm, ilm. Men endi o'zimni fizikaning boshqa yo'nalishida, boshqa mutaxassisliklarni hisobga olmaganda tasavvur qila olmayman. Neytrino fizikasi hozir butun dunyoda juda dolzarb. Fizikaning boshqa sohasi haqida umuman o'ylashning hojati yo'q. Shuning uchun men uchun DANSS eksperimentida ishtirok etishni davom ettirish va nomzodlik dissertatsiyasini himoya qilish juda muhim - bular yaqin kelajak uchun eng muhim rejalardir.

A. Friesen:

Murakkab savol. Menda astrofizikaga qiziqish bordir. Neytron yulduzlari kabi ob'ekt mavjud bo'lib, bu ularning ichidagi materiya kvark-glyuon plazmasi holatida bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Chunki bular juda kichik, ixcham va issiq jismlardir. Qora tuynuklarga qiziqish. Balki men ham shunday qilaman. Chunki bular bir-birining ustiga chiqadigan joylar. Neytron yulduzlarini o'rganayotgan odam esa men ishlayotgan modeldan juda keng foydalanadi.

Shveytsariyaning Jeneva shahri chekkasida, gullab-yashnagan o'tloqlar ortida faqat pastga tushadigan liftli ombor yotadi. Yuzlab metr chuqurlikda, katta omborga o'xshagan sakkiz burchakli ichi bo'sh trubka ichida proton to'qnashuvini qayd qiluvchi giperkompleks detektorlari mavjud. LHCda tajribada ishtirok etgan olimlar Katta portlashdan keyin yangi tug'ilgan koinotni to'ldirishi mumkin bo'lgan g'alati moddani olishga qaror qilishdi. Kvark-glyuon plazmasi yaratilgan laboratoriya sharoitlari va undan oldin, nisbatan katta qo'rg'oshin atomlarini to'qnashdi. Bu safar tadqiqotchilar hammasini emas, balki ahamiyatsiz darajada kichik protonlarni birlashtirishga qaror qilishdi.

Nature Physics jurnalida yaqinda chop etilgan tadqiqot natijalarining ahamiyati oddiy odamga darhol tushunarli bo'lmaydi. Asosan, protonlardan foydalanish kvark-gluon plazmasini tahlil qilishning aniqroq usulini ta'minlaydi. Tadqiqotchi Livio Bianchining so'zlariga ko'ra, proton-proton to'qnashuvi olishdan qochadi katta miqdor tahlil qilish uchun juda ko'p vaqt talab qiladigan keraksiz, xaotik ma'lumotlar. Kashfiyot, shuningdek, fiziklarga protonlar to'qnashuvi mexanizmini o'rganishga va, ehtimol, kelajakda bu tufayli boshqalarni kashf qilish imkonini beradi. fanga noma'lum zarralar, xuddi Xiggs bozonida bo'lgani kabi.

Barcha protonlar va neytronlar ikki turdagi kvarklardan, elementar zarralardan iborat, ammo ularga qo'shimcha ravishda yana to'rtta nav (yoki "lazzatlar") mavjud va bu zarralarning oltita turining kombinatsiyasi natijasida juda ko'p xilma-xillik mavjud. kattaroq zarrachalar olinadi. Yelimga o'xshash zarrachalar, glyuonlar, kvarklarni bir-biriga bog'lab turadi, odatda juft yoki uch bo'lib, bitta kvarkni topish deyarli imkonsiz bo'ladi, chunki ular orasidagi tortishish kuchi kuchsizlanish o'rniga, masofa bilan ortadi. Biroq, ularga energiya qo'llaganingizdan so'ng, kvarklar "issiq sho'rva" ga aylanadi, bu erda ularning barchasi ideal suyuqlik kabi bir-biriga mahkam bog'langan. Bu olimlarni juda qiziqtiradigan kvark-gluon plazmasi.

Kollayderda ishlaydigan olimlar bu kvant sho'rva borligini AQShning RHIC va LHC kollayderlarida o'tkazilgan oltin yoki qo'rg'oshin atomlarining yuqori energiyali to'qnashuvi bo'yicha tajribalardan bilishgan. Ammo bu moddaning kashf etilishini e'lon qilish uchun ular bir nechta narsalarni olishlari kerak edi. Xususan, ularga trillion gradusgacha qizdirilgan suyuq plazma to‘pi kerak edi, chunki bunday sharoitda kvarklarning “g‘aroyiblikni kuchaytirish” xususiyati zarrachalar oqimini singllarga bo‘lish imkonini beradi, ya’ni olimlar yagona plazma olishadi. chiqishdagi kvarklar. Ammo bunday operatsiyani qanday qilish kerak?

CERN tadqiqotchilari yuqoridagi holatga ekzotik kaonlar va lambda zarralari (har birida kvark turini o'z ichiga oladi, "g'alati" kvark), xi zarrasi (u ikkita shunday kvarkni o'z ichiga oladi) va omega zarrasi (uchtasini o'z ichiga oladi) hosildorligini solishtirish orqali erishdilar. protonlarning to'qnashuvi natijasida. Shunga ko'ra, g'alati kvarklar qanchalik ko'p bo'lsa, unumdorlik shunchalik yuqori bo'ladi. Protonlar to'qnashganda, har xil o'lchamdagi zarralar hosil bo'ladi va ko'proq zarralar chiqishi ulardagi g'alati kvarklarning ko'proq qismini bildiradi.

Bunday mikroskopik operatsiyalarni aniqlash uchun maxsus mo'ljallangan ALICE detektori ostida joylashgan detektorlarning murakkab majmuasi tufayli o'z vazifasini a'lo darajada bajaradi. ushlab turish. Shunga o'xshash ish juda spekulyativ bo'lib tuyulishi mumkin va bu: olimlar proton-proton to'qnashuvi natijasida kvark-glyuon plazmasini allaqachon kashf etganliklarini da'vo qilishmaydi. Shunga qaramay, ALICE va CERN CMS va ATLASdagi boshqa detektorlar shunga o'xshash natijalarni qidirayotgan yuzlab fiziklarni birlashtiradi. Bu hafta proton to'qnashuvi tajribasi LHC quvvatiga ega bo'lgan quvvatning atigi yarmida o'tkazildi. LHC ko‘p oylik texnik ishlardan so‘ng nihoyat ishga qaytdi, demak, tajriba davom etadi va yaqin kelajakda elementar zarrachalarni o‘rganish qayta boshlanadi.

Katta adron kollayderida og'ir ionlarning to'qnashuvi bo'yicha ish boshlanganidan atigi uch hafta o'tdi va fiziklar uchta tajribada (ALICE, CMS va ATLAS) materiyaning dastlabki daqiqalarida qanday bo'lganligi haqida birinchi ma'lumotlarni olishdi. koinotning mavjudligi. Og'ir ionlarni (hozirda qo'rg'oshin ionlarining to'qnashuvchi nurlari) o'rganish uchun maxsus optimallashtirilgan ALICE (katta ion to'qnashuvi eksperimenti) allaqachon kvark-glyuon plazmasi hosil bo'lishini ko'rsatadigan birinchi ma'lumotlarni e'lon qilgan.

Bu Katta portlashdan keyin barcha materiya taxminan 0,00000000001 soniyadan keyin bo'lgan holat.

O'sha paytda hatto elementar zarrachalar - protonlar va neytronlar ham ularni tashkil etuvchi kvark va glyuonlardan hali "yig'ilmagan" edi. Ularning harorati va tezligi zarrachalar hosil bo'lishi uchun juda yuqori edi, shuning uchun ular faqat aralash "suyuqlik" - kvark-glyuon plazmasini tashkil etdi. ALICE kvark-glyuon plazmasining paydo bo'lishini bevosita ko'rsatadigan elliptik oqimni kuzatishga muvaffaq bo'ldi.

Bir necha kun oldin, ATLAS va CMS hamkorligi materiyaning ushbu ekstremal holatining shakllanishiga xos bo'lgan yana bir ta'sir - adronik reaktivlarning so'nishi haqida xabar berishdi. ATLAS fiziklarining ishlari jurnalda chop etish uchun qabul qilindi Jismoniy ko'rib chiqish xatlari, A

Payshanba kuni CERNda seminar bo'lib o'tadi, unda hamkorlikning barcha so'nggi natijalari hisobot qilinadi.

“Haqiqatan ham hayratlanarlisi shundaki, tajribalar bu murakkab jismoniy natijalarga qanchalik tez erishgan. Hamkorliklar materialni tez nashr qilish uchun bir-biri bilan raqobatlashadi, lekin, albatta, o'rganilayotgan hodisalarning to'liq rasmini yaratish va natijalarni o'zaro taqqoslash uchun birgalikda ishlaydi. Bu raqobat va hamkorlik qanday ishlashining ajoyib namunasidir - tadqiqotning ushbu sohasidagi asosiy nuqtalari ", dedi Serxio Bertoluchchi, CERN tadqiqot direktori. tashkilot matbuot xizmati.

LHC tajribalari asosan bir xil hodisalarni o'rganadi, ammo ularning dizaynlari tubdan farq qiladi.

Bu sizga zarracha nurlarining to'qnashuvi paytida yuz beradigan hodisalarni turli usullar yordamida kuzatish, ularni aniqroq qayd etish va kuzatish ma'lum bir ta'sirning paydo bo'lishining natijasimi yoki shunchaki "shovqin"mi yoki yo'qligini tekshirish imkonini beradi. Faqat bir xil ma'lumotlar bir nechta usullar bilan olinganda ishonchli hisoblanadi.

Kvark-gluon plazmasini o'rganish LHCning ustuvor yo'nalishlaridan biridir. Bu nafaqat koinot tug'ilgandan keyin darhol qanday ko'rinishini tushunishga, balki zamonaviy materiyaning shakllanish jarayonini o'rganishga yordam beradi.

Kvark-glyuon plazmasi materiyaning eng "tarqalgan" holati bo'lib, bu erda zarralar - kvarklar va glyuonlar - protonlar, neytronlar va umuman barcha yadrolarning mavjudligini qo'llab-quvvatlaydigan kuchli o'zaro ta'sirlar bilan bog'lanmaydi. Davriy jadval Mendeleev nomi bilan atalgan, bizning dunyomiz - tirik va jonsiz.

Kvark-glyuon plazmasini o'rganish orqali olimlar kuchli o'zaro ta'sirning mohiyatini yaxshiroq tushunishga umid qilmoqdalar.

LHCda bu misli ko'rilmagan davlat qanday yaratilgan? Qo'rg'oshin ionlari to'qnashganda - juda og'ir zarralar (ular protonlardan 200 baravar og'irroq) - nurlarning kesishish nuqtasida juda kichik hajmdagi "birlamchi" materiyaning "mikrodamlalarini" hosil qilish uchun etarli energiya to'planadi. Uning mavjudligi LHC detektor uskunasi o'lchashi mumkin bo'lgan bir qator maxsus signallar bilan aniqlanadi.

ALICE bilan hamkorlikda aytilishicha, issiq kvark-gluon plazmasi o'zini juda past yopishqoqlikka ega (ideal suyuqlik) suyuqlik kabi tutadi. Ushbu ma'lumotlar ilgari RHIC kollayderida (The Relativistic Heavy Ion Collider, Brookhaven National Laboratory, Nyu-York) olingan ma'lumotlarga mos keladi.

"Endi biz og'ir yadrolarni to'qnash boshladik, LHC haqiqiy "Katta portlash qurilmasi" ga aylandi - bu ilmiy fantastikaga o'xshaydi. Kvark-glyuon plazmasi bo‘yicha kuzatuvlarimiz RHICdagi hamkasblar ma’lumotlarini tasdiqlaydi, ammo endi biz qo‘shimcha muhim xususiyatlarni qayd etishimiz mumkin”, dedi ALICE hamkorligi rahbari Yurgen Shukraft.

ATLAS va CMS eksperimentlari jetning o'chirilishini samarali kuzatdi, chunki ularning tizimlari energiyani juda samarali tarzda "yopib qo'yishi" va uning chiqishini o'lchashi mumkin. Ular, xususan, to'qnashuv paytida paydo bo'ladigan zarracha oqimlarini o'lchaydilar. Proton to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan samolyotlar ko'pincha juft bo'lib paydo bo'ladi.

Biroq, og'ir ionlar to'qnashganda, oqimlar issiq, juda zich muhitning og'ir sharoitlarida o'zaro ta'sir qiladi.

Natija sifatida ifodalangan jet söndürme deb nomlanuvchi juda xarakterli signaldir keskin pasayish ularning energiyasi. Bu shuni anglatadiki, zarralar detektorda to'qnashganda, ma'lum bo'lgan har qanday moddadan ancha zichroq muhit hosil bo'ladi. Jet bilan söndürme plazma xatti-harakatlarini batafsil o'rganish uchun yaxshi parametrdir.

LHCda qo'rg'oshin nurlarining to'qnashuvi 6 dekabrgacha davom etadi. Keyin kollayder bir necha oy davomida yopiladi.

Katta adron kollayderi dunyodagi eng katta va eng kuchli halqali zarracha tezlatgichidir. U Shveytsariya va Fransiyadagi Jeneva yaqinidagi Yevropa yadroviy tadqiqotlar markazida (CERN) 27 kilometrlik tunnelda yer ostida joylashgan. Kollayder ishining faol bosqichi 2010 yil may oyining oxirida boshlangan. Gigant asbobning to'rtta detektori (CMS, ATLAS, ALICE va LHCb) Katta portlashdan so'ng darhol koinotdagi materiya holatini o'rganmoqda, Xiggs bozonini - koinotda massa hosil qiluvchi zarrachani qidirmoqda, shuningdek. qidirmoqda " yangi fizika» - Standart Modeldan tashqari hodisalar, dominant zamonaviy nazariya zarrachalar fizikasi.

QUARK-GLUON PLAZMA, kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi materiyaning faraziy holati, rangni ushlab turishning yo'qligi (tug'ish) bilan tavsiflanadi. Bu holatda adronlar tomonidan tutilgan rangli kvarklar va glyuonlar ajralib chiqadi va kvark-glyuon plazmasining butun hajmi bo'ylab kvazi-erkin zarralar sifatida tarqalishi mumkin - "rang o'tkazuvchanligi" paydo bo'ladi (xuddi shunday). elektr o'tkazuvchanligi oddiy elektron-ion plazmasida). Zamonaviy kontseptsiyalarga ko'ra, bu holat yuqori haroratlarda va / yoki muvozanatli adronik materiyaning yuqori barion zichligida hosil bo'ladi.

Tabiiy sharoitda kvark-glyon plazmasi Katta portlashdan keyingi dastlabki 10-5 soniya ichida mavjud bo'lgan. Ehtimol, u eng massivning markazida ham mavjud bo'lishi mumkin neytron yulduzlari. Bunga ishonish uchun asos bor atom yadrolari ularning tarkibida proton va neytronlardan tashqari, kvark-glyuon plazmasining "tomchilari" mavjud, ya'ni yadrolar geterofaza tizimlari sifatida qaraladi.

Kvark-glyuon plazmasining mavjudligi kvant xromodinamikasida (QCD) fizik vakuum simmetriyasining o'z-o'zidan buzilishi va asimptotik erkinlik bilan chambarchas bog'liq - rangli zarralar orasidagi masofaning qisqarishi bilan samarali rang zaryadining pasayishi. harorat va / yoki zichlikning oshishi. Biroq, QCD-da fazaviy o'tish va rangni saqlash mavjudligining qat'iy matematik isboti hali ham mavjud emas. Bu murakkab masalalarni yechish yoʻlida fazoviy panjara boʻyicha kompyuter hisob-kitoblarida sezilarli yutuqlarga erishildi (qarang: Panjara maydoni nazariyalari).

Uchun eksperimental tadqiqot Kvark-glyuon plazmasini yaratish taklif etiladi zarur shart-sharoitlar og'ir yuqori energiyali yadrolarning to'qnashuvi orqali laboratoriyada hosil bo'lishi uchun. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, yadroviy to'qnashuv hududida hosil bo'lgan tizim uzoq vaqt davomida mavjud bo'ladi, uning energiyasi va siqilishi allaqachon ishlaydigan og'ir ion tezlatgichlari yordamida kvark-glyuon plazma fazasiga erishishni ta'minlaydi. Kvark-glyuon plazmasining hosil bo'lishi haqida ma'lumot beruvchi eng muhim signallar sifatida lepton juftlarini hosil qilish, fotonlarni chiqarish va anomal jarayonlardan foydalanish taklif etiladi. katta raqam g'alati zarrachalarning tug'ilishi.

Lit.: Shelest V.P., Zinovyev G.M., Miranskiy V.A. Kuchli ta'sir qiluvchi elementar zarrachalar modellari. M., 1976. T. 2; Gorenshtein M.I. va boshqalar Hadronik va kvark-glyon materiya o'rtasidagi fazaviy o'tishning aniq echiladigan modeli // Nazariy va matematik fizika. 1982. T. 52. No 3; Feinberg E. L. Termodinamik olov sharlari // Ilg'or fizika fanlari. 1983. T. 139. 1-son.