Свет внутри коллайдера создал идеальную жидкость

Эта новость была опубликована на Phys.org и вызвала огромный интерес в научном сообществе.

Специалисты из коллаборации ATLAS под руководством ЦЕРН провели анализ результатов экспериментов на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC). В ходе этих экспериментов фотоны сталкивались с ионами свинца, что приводило к образованию крошечных капель кварк-глюонной плазмы. Это открытие открывает новые перспективы для понимания ранних стадий развития Вселенной и ее составляющих элементов.

Исследование подтверждает теорию о возможности формирования идеальной жидкости из света, что ранее считалось невозможным. Этот прорыв в физике элементарных частиц открывает двери для новых экспериментов и дальнейших исследований в области квантовой физики и космологии.

Кварк-глюонная плазма - это уникальное состояние вещества, которое проявляет свойства идеальной жидкости и состоит из свободных кварков и глюонов. Это состояние отличается от обычного вещества тем, что в нем отсутствует конфайнмент, явление, которое обычно препятствует освобождению кварков. В обычном веществе кварки связаны глюонными струнами, их разделение приводит к удлинению струн и появлению новых глюонов между кварками. Однако в кварк-глюонной плазме этот конфайнмент не проявляется, что делает это состояние уникальным для изучения физиками элементарных частиц.

Интересно, что при попытке разорвать струну в кварк-глюонной плазме, добавляя больше энергии, на концах разрыва не появляются новые кварки, как это происходит в обычном веществе. Это связано с особенностями взаимодействия кварков и глюонов в данном состоянии вещества. Таким образом, изучение кварк-глюонной плазмы позволяет расширить наше понимание о строении материи и фундаментальных взаимодействиях во Вселенной.

Важно отметить, что исследования кварк-глюонной плазмы проводятся на ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе. Там физики проводят эксперименты, направленные на создание и изучение этого уникального состояния вещества, чтобы расширить наши знания о микромире и его свойствах.

Кварки, основные строительные блоки материи, обладают интересным свойством - цветовыми зарядами. Эти цветовые заряды могут быть красными, зелеными или синими, что отличает их от обычных частиц. Однако, важно отметить, что у обычного вещества цветовой заряд является бесцветным, благодаря компенсации связанных глюонами кварков.

Подобно обычной плазме, где существуют свободные электрические заряды, в кварк-глюонной плазме также присутствуют свободные цветовые заряды. Это означает, что при очень высоких энергиях цветовой заряд кварков может выйти на свободу. Интересно, что такие высокие энергии можно наблюдать только в специальных условиях, например, в ускорителях частиц, таких как LHC и RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории США.

Исследование кварк-глюонной плазмы открывает новые горизонты в понимании фундаментальных законов природы и структуры материи. Это позволяет ученым лучше понять, как взаимодействуют элементарные частицы в самых экстремальных условиях, а также какие процессы происходят во Вселенной на самом фундаментальном уровне.

В новой работе ученые обратили внимание на другое явление, происходящее во время столкновения пучков. Оказалось, что не только столкновения тяжелых ионов, но и столкновения легких ионов могут привести к образованию кварк-глюонной плазмы. Это открытие расширяет наше понимание процессов, происходящих в условиях экстремально высоких энергий.

Для проведения экспериментов ученые используют крупные ускорители частиц, способные создавать условия, приближенные к тем, что существовали в ранней Вселенной. В результате столкновений ионов свинца в лабораторных условиях формируется кварк-глюонная плазма, которая дает возможность исследовать поведение элементарных частиц в экстремальных условиях.

Эксперименты с кварк-глюонной плазмой помогают ученым понять, как происходило эволюция Вселенной в ее первые моменты после Большого взрыва. Данные, полученные в результате таких экспериментов, могут также пролить свет на фундаментальные законы природы и структуру материи.

Изучение процессов, происходящих внутри Большого адронного коллайдера (LHC), позволяет расширить наше понимание физики элементарных частиц. При разгоне ионов свинца с положительным зарядом внутри ускорителя возникают электромагнитные поля, окружающие частицы и создающие облако фотонов. Эти фотоны играют ключевую роль в процессе столкновения пучков частиц.

При столкновении встречных пучков частиц множество ионов свинца пролетает мимо друг друга, но при этом взаимодействует с облаками фотонов, что приводит к неожиданным результатам. Оказывается, что при столкновении фотонов с ионами свинца формируется эллиптический узор, который указывает на особенности взаимодействия частиц.

Ранее считалось, что фотоны не обладают достаточной энергией для разрушения ядер свинца и образования кварк-глюонной плазмы. Однако результаты исследований в LHC показывают, что при определенных условиях фотоны могут играть значительную роль в формировании новых частиц и процессов в ядрах атомов.

Исследования ученых показали, что взаимодействие с ядрами свинца происходит не с фотонами, а с другим типом частиц - ро-мезонами. Это открытие стало результатом изучения квантовых флуктуаций, в результате которых фотоны могут временно превращаться в кварки и антикварки под воздействием сильного ядерного взаимодействия. Таким образом, образовавшаяся пара частиц и называется ро-мезоном.

Согласно теоретическим расчетам, фотоны и ионы, даже сталкиваясь с низкой энергией, могут порождать "сильно взаимодействующую жидкость". Это открытие позволяет лучше понять процессы, происходящие в ядерных столкновениях и их последствия. На основе адаптированных гидродинамических моделей, ученые смогли смоделировать эти столкновения и сделать вывод о возможности образования такой жидкости.

Дополнительные исследования необходимы для окончательного подтверждения результатов моделирования. Это открывает новые перспективы для изучения поведения частиц в условиях высоких энергий и поможет углубить наше понимание физики элементарных частиц.

Современные ускорители частиц, такие как LHC и RHIC, играют ключевую роль в изучении элементарных частиц и фундаментальных законов природы. Будущие исследования на этих ускорителях позволят ученым не только расширить наше понимание мира микромасштабов, но и ответить на важные вопросы о происхождении Вселенной.

Одним из основных направлений исследований на LHC и RHIC является изучение явления кварк-глюонной плазмы, которая считается состоянием вещества, существовавшим в ранней Вселенной. Проведение столкновений частиц на высоких энергиях позволяет ученым воссоздать условия, при которых кварки и глюоны перестают быть связанными внутри протонов и нейтронов.

Существует гипотеза о том, что результаты столкновений на LHC и RHIC могут иметь альтернативное объяснение, не связанное с образованием кварк-глюонной плазмы. Это открывает возможность для новых теорий и гипотез о природе элементарных частиц и взаимодействиях между ними. Дальнейшие исследования и эксперименты на ускорителях помогут ученым расширить наше знание о мире микромасштабов и, возможно, изменить наше представление о структуре Вселенной.

Источник и фото - lenta.ru