Шаровые молнии Брукхейвена

27 февраля 2010

Тигран Оганесян

Ресурс: Эксперт

На американском Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории (Нью-Йорк) установлен новый температурный рекорд.

При «лобовом» столкновении ионов золота, предварительно разогнанных в этом кольцевом ускорителе диаметром около 4 км до околосветовых скоростей, ученым удалось зафиксировать образование так называемой кварк-глюонной плазмы, особого сверхгорячего состояния вещества, короткое время (первые несколько миллисекунд) превалировавшего во Вселенной в момент ее образования.

По оценкам экспериментаторов, температура этого огненного бульона составляла порядка 4 трлн градусов Цельсия, что примерно в 250 тыс. раз выше, чем в солнечном ядре. Создавшаяся при ионных столкновениях почти идеальная жидкость, то есть жидкость с практически нулевой вязкостью, состояла из кварков — фундаментальных частиц, конструирующих протоны и нейтроны, и глюонов — частиц — переносчиков сильного взаимодействия между кварками.

«Мы впервые смогли в лабораторных условиях измерить температуру кварк-глюонной плазмы. В этом нам помог точный анализ цветового спектра, или спектра энергий, испускаемых световыми волнами-фотонами в этом сверхнагретом веществе», — рассказал главный научный координатор исследовательской программы RHIC Стивен Вигдор.

Хотя искусственно образованная в экспериментах плазма удерживалась в таком состоянии менее миллиардной (или даже триллионной) доли секунды, благодаря «высокоинтеллектуальным» детекторам физикам уже удалось выявить целый ряд ее необычных свойств.

Так, ученые установили, что при мощном соударении ионов возникает раскаленная «шаровая молния» (файербол), вращающаяся воронкообразная структура, вокруг которой, в свою очередь, появляется сверхсильное магнитное поле.

Подобное явление было теоретически предсказано за несколько лет до этого профессором Дмитрием Харзеевым, одним из руководителей последней серии экспериментов на RHIC (Харзеев — выпускник физфака МГУ, с 1997 года работающий в Брукхейвенской национальной лаборатории).

Судя по первым результатам, полученным на американском коллайдере, это явление действительно наблюдалось: под воздействием магнитного поля кварки в кварк-глюонной плазме отделялись друг от друга в соответствии со своими знаками электрических зарядов: положительно заряженные кварки двигались в одном направлении вокруг спирали файербола, а отрицательно заряженные — в противоположном.

Детальное выявление физического механизма кварк-глюонного взаимодействия представляется столь важным прежде всего потому, что учеными было уже давно установлено: совокупная масса кварков составляет лишь около 1% от общей массы нуклонов, то есть остальные 99%, по идее, должны возникать благодаря силе, удерживающей вместе кварки внутри нуклонов. Согласно одному из экспериментальных постулатов квантовой хромодинамики (КХД), теории, описывающей сильное (кварк-глюонное) взаимодействие, регулирующие это взаимодействие глюоны создают внутри нуклонов закручивающиеся магнитные поля (те самые файерболы). Петляя вокруг них, кварки и добирают недостающую энергию, становясь в итоге намного массивнее.

Безусловно, пока еще слишком рано делать выводы о том, что именно пресловутые глюонные спирали, которые также называют инстантонами, ответственны за образование недостающей массы нуклонов. По мнению Дмитрия Харзеева, для этого потребуется еще не один десяток новых экспериментов, которые и помогут определить, насколько широко распространены эти инстантоны в современной Вселенной.

Другие события конкурса