Kvark glyuon plazmasi. Fiziklar magnit maydon va kvark-glyuon plazmasini "echishdi". Mavjudligi va kvitansiyasi

Hozirgacha kvark-glyuon plazmasi fiziklar tomonidan faqat ikkita og'ir, yuqori energiyali yadrolarning to'qnashuvida uchragan. Asimmetrik to'qnashuvlarda, juda engil yadro og'ir yadroga urilganda, kvark-glyuon plazmasi uchun zarur bo'lgan shartlarga erishib bo'lmaydi, deb ishonilgan. Biroq, PHENIX hamkorligi geliy-3 yadrolari va oltinning to'qnashuvini o'rganib, plazma bu erda ham hosil bo'lishini ta'kidlaydi, lekin faqat kichik, subyadroviy hajmlarda. Ushbu natijalar nazariyotchilarning ushbu jarayon qanday sodir bo'lishi haqidagi so'nggi taxminlarini qo'llab-quvvatlaydi. Jurnalda hamkorlik haqidagi maqola chop etildi Jismoniy ko'rib chiqish xatlari, va uning dastlabki versiyasi elektron oldindan chop etish arxivida mavjud arxiv.org.

Aytish kerakki, ko'plab tajribalarga qaramay, uzoq vaqt davomida kvark-glyuon plazmasi aslida yadroviy to'qnashuvlarda paydo bo'lishini aniq isbotlab bo'lmadi, garchi qisqa vaqt ichida o'nlab yoktosekundlar bo'lsa ham. Bu erda muammo shundaki, kvark-glyon plazmasi bir zumda kengayib, sovib, alohida adronlarga parchalanadi. Ular barcha yo'nalishlarda uchib ketishadi, detektor ularni qayd qiladi va kengayishning umumiy rasmini tiklaydi, lekin ular darhol hadronik gaz shaklida tug'ilganmi yoki ular issiq suyuqlik bosqichidan o'tganmi yoki yo'qligini aniqlay olmaydi.

Kvark-glyuon plazmasining hosil bo'lishini turli usullar bilan aniqlash mumkin. Avvalo, issiq yadroviy "tomchi" ichida haqiqiy gidrodinamik oqimlar bo'lishi kerak. Plazma adronlarga parchalangandan so'ng, ular hadronik elliptik oqimlar va murakkabroq shakldagi oqimlar shaklida paydo bo'lishi kerak (1 va 2-rasm). Bundan tashqari, ko'proq nozik effektlar mavjud, masalan, kvark-glyon plazmasini yorib o'tishga urinayotgan reaktivlarning so'nishi va issiq plazma ichidagi adronlarning erishi.

2000-yillarning boshlarida RHIC og‘ir ion to‘qnashuvi turli yadrolar bilan to‘qnashganda, u ustida ishlagan PHENIX va STAR hamkorligi ikkita oltin yadro (Au + Au) to‘qnashuvida kvark-glyuon plazmasining namoyon bo‘lishini ko‘rdi, lekin ularni assimetrik to‘qnashuvlarda ko‘rmadi. oltin bilan eng yengil deyteriy yadrosining (d+Au). Bu quyidagicha talqin qilindi: plazma paydo bo'lishi uchun yadroga proton va neytronlar butun yadro hajmida erishi uchun etarli energiya "ekish" kerak. Au+Au to‘qnashuvi bu chegaradan oshib o‘tadi, lekin d+Au to‘qnashuvi bu chegaradan oshib o‘tmaydi.

2011-2012 yillarda PHENIX detektori sezilarli darajada takomillashtirildi, unga yangi komponentlar qo‘shildi, bu esa unga to‘qnashuvlardan ko‘proq ma’lumot to‘plash, shuningdek, adronlarning xususiyatlarini yaxshiroq o‘lchash imkonini berdi. 2013-yilda yangi d+Au to‘qnashuvi tajribalari allaqachon kvark-glyuon plazmasi izlariga o‘xshash kollektiv effektlarning ba’zi ko‘rinishlarini ko‘rsatdi. Va protonlarni qo'rg'oshin yadrolari bilan to'qnashgan Katta adron kollayderi ham ba'zi adron korrelyatsiyalarini aniqladi. Bu barcha yangi ma'lumotlar qandaydir tarzda bunday assimetrik to'qnashuvlarda chiqarilgan energiya yadroni eritish uchun etarli emasligi haqidagi umumiy bayonotga mos kelmadi.

Bu mutlaqo aniq bo'lmagan naqshlarni muhokama qilib, fiziklar bu imkoniyat haqida o'ylashdi: yadroning erishi va kvark-glyuon plazmasining shakllanishi butun yadroda emas, balki faqat kichik "issiq zonada" sodir bo'lishi mumkinmi? protonning yadroga bevosita ta'sir qilish joyi? Ushbu g'oyani sinab ko'rish bo'yicha aniq taklif 2014 yilda nashr etilgan (J. L. Nagle va boshqalar, 2014. Relativistik 3 He+Au to'qnashuvlarida ichki uchburchak geometriyasini o'rta xususiyatlarni ajratish uchun ishlatish). Mualliflar eksperimentchilarga proton, deytron va geliy-3 ning og'ir yadro bilan to'qnashuvi bo'yicha bir qator tajribalar o'tkazishni va kengayib borayotgan adronlarning azimutal xususiyatlarini o'lchashni taklif qilishdi.

Agar har bir yuqori energiyali nuklon yadroga urilganda, aslida kvark-glyuon plazmasi kanali hosil bo'lsa, erish zonasi rasmdagi kabi ko'rinadi. 3. Bu shuni anglatadiki, protondan deytronga o'tishda elliptik oqim keskin kuchayadi, geliy-3 ga o'tishda esa "uchburchak" oqim kuchayadi. Shaklda. 1-rasmda hozirgi kvark-glyon plazmasi qanday kengayishi va uning parchalanishidan keyin adronlar qanday tezlikka ega bo'lishini nazariy modellashtirish natijalari ko'rsatilgan. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, bunday uchburchak oqim kengayish vaqtida yadroning erimagan qismini bosib o'tishi kerak bo'lsa ham paydo bo'lishi kerak. Agar korrelyatsiyalar kvark-glyuon plazmasining shakllanishi bilan bog'liq bo'lmasa, lekin masalan, yadrolarning to'qnashuvdan oldingi maxsus holati tufayli paydo bo'lsa (masalan, plazma modelida bo'lgani kabi), unda bunday kuchli naqsh bo'lmasligi kerak. kuzatilgan.

Va yaqinda, PHENIX tajribasi uchta taklif qilingan tajribaning kalitini amalga oshirdi (d+Au bo'yicha ma'lumotlar allaqachon mavjud va p + Au ma'lumotlari keyinroq paydo bo'ladi). 2014 yilda RHIC kollayderida geliy-3 ning oltin yadrolari bilan to'qnashuvi paytida ko'p miqdordagi zarrachalar hosil bo'lgan taxminan yarim milliard hodisa to'plangan, bu esa to'qnashuvlarga to'g'ri keladi. Ishlab chiqarilgan zarrachalarning azimultan burchak va ko'ndalang momentum bo'yicha taqsimlanishi juda yuqori aniqlik bilan o'lchandi, bu elliptik va uchburchak oqimlarni tavsiflovchi komponentlarni ishonchli aniqlash imkonini berdi. Tizimli xatolarni bartaraf etish uchun elliptik va uchburchak oqimlar bo'lmasligi kerak bo'lgan proton-proton to'qnashuvlarida xuddi shu kollayderning oldingi natijalari bilan taqqoslash amalga oshirildi.

Shaklda. 4-rasmda 3 ta He+Au toʻqnashuvida elliptik va uchburchak oqimlarni oʻlchash natijalari koʻrsatilgan. Ularning intensivligi v 2 va v 3 koeffitsientlari bilan tavsiflanadi. Kvark-glyuon plazmasining shakllanishi va kengayishi jarayonida gidrodinamik oqimlarni hisobga oladigan turli modellarning bashoratlariga muvofiq, bu ikkala koeffitsient adronlarning ko'ndalang impulsi bilan ortadi. Ushbu modellarning o'zlari orasida ba'zi farqlar mavjud, ammo ularning barchasi, bittasidan tashqari, tendentsiyani to'g'ri aks ettiradi. Ushbu ma'lumotlarni kvark-glyuon plazmasini hisobga olmasdan tasvirlashga urinishlar uchburchak oqim uchun ancha past qiymatlarni beradi.

Olingan kelishuv, yaqinlashib kelayotgan nuklonning yakka o'zi yoki kelayotgan yadroning bir qismi bo'lishidan qat'iy nazar, yadroga yuqori energiya bilan urilganda, u yadroviy materiyani ta'sir nuqtasida eritishining kuchli belgisidir. Bir lahzaga u yerda kvark-glyuon plazmasining mayda tomchisi hosil bo'ladi. Agar yaqinlashib kelayotgan yadro katta bo'lsa, unda bu tomchilarning barchasi birlashadi va butun yadroning erishiga olib keladi - bu ilgari kuzatilgan narsa. Ammo yadro kichik bo'lsa ham, geliy-3 misolida bo'lgani kabi, mahalliy erish hali ham sodir bo'ladi, atigi bir tomchi kvark-glyuon plazmasi kichik, subyadroviy miqyosda qoladi. Shunday qilib, relativistik yadrolarning to'qnashuvlarining allaqachon murakkab ko'p bosqichli tasviri yana bir tafsilot bilan to'ldiriladi.

Bularning barchasi juda qiziq ko'rinadi va savol tug'diradi: kvark-gluon plazmasi paydo bo'lishi mumkin bo'lgan minimal yadro tizimi nima? Oddiy qilib aytganda, kvark-glyuon plazmasining eng kichik tomchisi nima? Agar u 3 He+Au to'qnashuvida sodir bo'lsa, u kuchli protonning og'ir yadroga urishi natijasida hosil bo'lishi mumkinmi? Va ikkita ultra yuqori energiyali protonlarning to'qnashuvida? Va 2010 yilda Katta adron kollayderi tomonidan kashf etilgan hadronlarning juda ko'p soniga ega bo'lgan hodisalarda adronlarning taqsimlanishidagi bu qiziq tizma - bu, albatta, kvark-glyuon plazmasi bilan hech qanday bog'liq emasmi?

Bu savollarning barchasini bitta guruhga birlashtirish mumkin: kichik hadron guruhlarida kollektiv effektlarning kelib chiqishi haqidagi savollar. Ular endi fiziklarni tobora ko'proq qiziqtirmoqda; Yaqinda ushbu mavzu bo'yicha PHENIX natijalarining qisqacha sharhini, shuningdek, yaqinda bo'lib o'tgan Quark Matter 2015 konferentsiyasida ushbu masalalar to'plami alohida bo'limga kiritilganligini eslatib o'tish kifoya. PHENIX va boshqa tajribalarning kelajakdagi natijalari yanada aniqroq nazariy hisob-kitoblar bilan birgalikda ularni yaxshiroq tushunishga imkon beradi.

Kvark-gluon plazmasi - kompyuter modeli

Kvark-glyuon plazmasi - bu glyuonlar, kvarklar va antikvarklar to'plami bo'lgan moddaning holati. Bunday plazma hosil bo'lishi 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 glyuonlar 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, faqat oq rangga ega bo'lgan kvarklardan tashkil topgan jismlar erkin holatda bo'lishi mumkin. 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 (atom yadrosini tashkil etuvchi proton va neytronlarning umumiy nomi) bir-biriga mos keladi, sodda qilib aytganda - 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 bosimning kuchayishi 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, 10 25 -10 30 atmosfera bosimi va harorat 10 9 –10 10 K ga erishildi, keyinroq xuddi shunday tajriba CERNdagi Katta adron kollayderida yuqori energiyalarda takrorlandi.

Protonlarning protonlar bilan to'qnashuvida hosil bo'ladigan zarralar sonining ko'payishi va o'rganilayotgan zarrachalardagi g'alati kvarklar sonining ko'payishi bilan to'qnashuvlarda g'alati adronlarning unumi ortadi.

ALICE (Katta ionli kollayder eksperimenti) hamkorligi Katta adron kollayderida protonlarning toʻqnashuvi kvark-glyuon plazmasini – hadronik moddalarning tarkibiy qismlari erkin harakatlana oladigan oʻta zich va juda issiq suyuqlik hosil qilishi mumkinligini isbotladi. Ushbu moddaning holati Katta portlashdan keyingi birinchi mikrosekundlarda olamni tavsiflaydi. Odatda, og'ir yadrolar (qo'rg'oshin yoki oltin) kvark-glyuon plazmasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi - protonlar buning uchun juda engil deb hisoblanadi. G'ayrioddiy topilma to'qnashuvlarda paydo bo'ladigan g'alati kvarklarga ega bo'lgan zarrachalarning ko'pligi bilan ko'rsatilgan. Tadqiqot jurnalda chop etildi TabiatFizika, CERN press-relizida bu haqda qisqacha ta'rif berilgan.

Standart modelga ko'ra, atrofimizdagi barcha oddiy materiyani tashkil etuvchi proton va neytronlar kichikroq "qurilish bloklari" - kvarklardan iborat bo'lib, ular glyuon maydonlari bilan o'zaro bog'langan (so'zdan). elim- elim). Ammo agar atomni molekuladan yoki atom yadrosidan bir juft proton va neytronni yirtib tashlash mumkin bo'lsa - va bu holda erkin, o'zgarmas zarracha hosil bo'lsa, unda erkin kvarkni ajratib bo'lmaydi. proton. Buning uchun zarur bo'lgan energiya juda katta bo'lib chiqadi - "yirtilgan" kvark yonida yana bir kvark paydo bo'lishi uchun etarli. Ushbu hodisa qamoqqa olish deb ataladi.

Biroq, agar siz proton yoki neytrondagi kvarklar va glyuonlar tizimiga juda ko'p qo'shimcha energiya bersangiz - masalan, ushbu tizimni trillionlab daraja ekvivalentiga qizdirsangiz, qamoqdan qutulish mumkin. Shu bilan birga, kvarklar bitta nuklon egallagan bo'shliqni tark eta boshlaydi va kvark-glyuon plazmasini hosil qiladi. Qizig'i shundaki, bu ob'ekt gazdan ko'ra ko'proq suyuqlikka o'xshaydi.

Bunday katta hajmdagi energiyani berishning eng yaxshi usuli ikkita zarrachani olish va ularni yuqori tezlikda sindirishdir. Relyativistik og'ir ionlar to'qnashuvida (RHIC) va LHCda kvark-glyuon plazmasi shu tarzda olingan. Bir-biri bilan yoki protonlar (deytronlar) bilan to'qnashgan qo'rg'oshin yoki oltin ionlari tezlatgichlarda snaryad vazifasini bajargan.

Kvark-glyuon plazmasi hosil bo'lishining ishonchli signallaridan biri unda hosil bo'lgan zarrachalarning tabiati - ular plazma parchalanishidan keyin detektorlar tomonidan aniqlanadi. Bunday moddalarning bir tomchisidagi yuqori energiya tufayli nafaqat yuqoriga va pastga kvarklar (proton va neytronlarning valent kvarklari), balki og'irroq - g'alati va jozibali kvarklar ham mavjud. Ma'lum bo'lishicha, tug'ilayotgan zarralar orasida g'alati adronlar (kaonlar, lambda zarralari va boshqalar) eng ko'p topilishi mumkin va maftunkor zarralarning tug'ilishi (masalan, J/ps mezoni) bilan solishtirganda bostiriladi. vakuumda tug'ilish. Buning uchun zaryadni himoya qilishni eslatuvchi jarayonlar javobgardir. Bu haqda ko'proq o'qishingiz mumkin, masalan.

Yangi ish mualliflari birinchi marta proton-proton to'qnashuvlarida g'alati zarrachalarning ortiqcha hosildorligini aniqladilar. Fiziklar ALICE detektori tomonidan Katta adron kollayderining 1-bosqichi (2009-2013) davomida to'plangan ma'lumotlarni tahlil qilishdi - to'qnashuv energiyasi yetti teraelektronvolt bo'lganida. Ma’lum bo‘lishicha, hodisa protonlarning kamdan-kam uchraydigan to‘qnashuvlarida, birdaniga ko‘p sonli zarrachalar tug‘ilganda kuzatiladi. To'qnashuv natijasida qancha ko'p zarralar paydo bo'lsa, g'alati adronlarning paydo bo'lish tezligi shunchalik ko'p bo'ladi, shuningdek, mualliflar tomonidan o'rganilgan g'alati adronda qanchalik g'alati kvarklar bo'lsa, bu naqsh uning uchun qanchalik kuchliroq namoyon bo'ladi.

Federiko Antinori so‘zlariga ko‘ra, fiziklar kashfiyotdan juda xursand. "Biz birlamchi materiyaning holati haqida ko'p narsalarni bilib oldik. “Biz odatda kvark-glyuon plazmasida, kichik va oddiy tizimda uchraydigan hodisani – ikki protonning to‘qnashuvini kashf etganimiz koinotimiz paydo bo‘lgan holatni o‘rganish uchun butunlay yangi o‘lchovni ochadi. "

Shu bilan birga, proton-proton to'qnashuvlarida g'alati zarrachalarning ortiqcha hosildorligi zamonaviy nazariyalar tomonidan bashorat qilinmaydi. Tizimning xatti-harakati qo'rg'oshin yadrolarining qo'rg'oshin yadrolari yoki protonlar bilan to'qnashuviga o'xshash bo'lganligi sababli, fiziklarning ta'kidlashicha, bu jarayonlarning barchasi uchun umumiy bo'lgan noma'lum mexanizm bo'lishi mumkin.

Moddaning asosiy qurilish bloklaridan iborat aylanayotgan sho'rva eng kuchli tornadodan o'n milliard trillion marta tezroq aylanadi. Bu vorteks harakati bo'yicha yangi rekorddir.

Ilk koinotni to'liq to'ldirgan kvark-glyuon plazmasini qayta yaratadigan zarrachalar to'qnashuvi shuni ko'rsatadiki, bu ibtidoiy sho'rva tomchilari boshqa suyuqliklarga qaraganda tezroq aylanadi. Nyu-Yorkdagi Brukxaven milliy laboratoriyasida joylashgan nisbiy og'ir ion to'qnashuvi (RHIC) ma'lumotlarining yangi tahlili shuni ko'rsatdiki, kvark-glyuon plazmasining girdoblari Yerda paydo bo'lgan tornado superxujayralaridagi suyuqlik harakatining vorteks dinamikasidan oshib ketadi. hatto Bolshoy Yupiterning Qizil Dog'ida ham ko'p miqdorda. Yaqin vaqtgacha o'ta suyuqlikli geliyning nano tomchilari tomonidan saqlangan aylanish rekordi hatto buzildi.

Ushbu ish natijalari Nature jurnalida chop etildi. Endi tadqiqotchilarga ular kvark-glyuon plazmasining ajoyib xususiyatlari tufayli erishilgan yana bir rekordni qayd etishga muvaffaq bo'lishgani ayon bo'ldi. Moddaning asosiy qurilish bloklari - kvarklar va glyuonlardan tashkil topgan bu suyuqlikning harorati Quyoshning markazidan yuz minglab marta issiqroq va juda past yopishqoqlikka (yoki oqimga qarshilik) ega. Dunyoning etakchi fiziklari bu hodisalarni "deyarli mukammal" xususiyatlarga ega deb ta'riflaydilar. Ushbu xususiyatlarni va ularni boshqaradigan omillarni o'rganish orqali olimlar tabiatdagi eng kuchli va eng kam tushunilgan kuch, ya'ni kvarklar va glyuonlarni proton va neytronlarga aylantirish uchun mas'ul bo'lgan, o'z navbatida ko'rinadigan kuchlarning ko'p qismini tashkil etuvchi kuchning tubiga kirishga umid qilmoqdalar. koinotdagi materiya.

Lambda giperonining proton (p) va pion (p-) ga parchalanishining ma'lum belgilari. Proton asosan giperonning spini bilan bir xil hizalanishga ega bo'lganligi sababli, protonlar sensorga tegadigan joylarni kuzatish orqali giperonlarning spinini kuzatish mumkin.

Xususan, suyuqlikning aylanishini yoki vorteks harakatini o'lchash natijalari olimlarga plazmaning turli nazariy tavsiflarini tanlashda yordam berishi kerak. Va bundan ham ko'proq ma'lumotlar bilan ular plazma magnit maydonining kuchini, boshqa qiziqarli fizika hodisalarini o'rganish uchun juda muhim o'zgaruvchini o'lchashlari mumkin bo'ladi.

“Kvark-glyuon plazmasining xarakteristikasida yaqin vaqtgacha bilganimiz, bu portlovchi darajada kengayadigan va juda oson oqadigan issiq suyuqlik ekanligini aytdi. Ammo biz bu suyuqlikni yanada batafsilroq tushunishni xohlaymiz. Suyuqlikning o'zida vortekslar paydo bo'lishi uchun u tezda issiqlikka aylanadimi (yoki muvozanatga erishadi)? Va agar shunday bo'lsa, suyuqlikning o'zi bu ekstremal girdoblarga qanday ta'sir qiladi? ”Ogayo shtati universiteti fizikasi Maykl Liza. Maykl o'zining aspiranti bilan olib borgan yangi tahlili hamkorlikka kutilgan natijalarga erishish yo'lini beradi.

Spinlarni tekislash

"Nazariyaga ko'ra, agar bizda girdobli harakatga ega suyuqlik bo'lsa, ya'ni aylanadigan pastki tuzilmaga ega bo'lsa, u chiqaradigan zarrachalarning spinlarini spin bilan bir xil yo'nalishda tekislashga intiladi."

Va kvark-glyuon suyuqligida tasodifiy yo'naltirilgan ko'plab kichik "girdoblar" bo'lishi mumkin bo'lsa-da, o'rtacha ularning aylanishi tizimning burchak momentumi (burchak momentum) deb ataladigan narsaga mos kelishi kerak - zarrachalarning to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan tizimning aylanishi. ular yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda bir-birining yonidan uchib o'tadilar.

Aylanayotgan zarralarni va ularning burchak momentumini kuzatish uchun fiziklar bir vaqtning o'zida ikkita sensor komponentida olingan o'lchovlarni korrelyatsiya qiladilar. Birinchi o'lchov STAR detektorining old va orqa chetlarida joylashgan ikkita datchik yordamida amalga oshirildi, bu uyning o'lchami. Tajriba to'qnashayotgan zarrachalar birin-ketin o'tayotganda ularning yo'llaridagi nozik og'ishlarni o'lchadi. Burilishning kattaligi va yo'nalishi fiziklarga hodisaning burchak momentumining kattaligi va hodisa qaysi yo'nalishda sodir bo'lganligi haqida xabar beradi. STAR detektorining o'zi maxsus Time Project kamerasida joylashgan bo'lib, unda ikkinchi tajriba birinchisi bilan bir vaqtda bo'lib o'tdi. Bu kamera zarrachalar to'qnashuv zonasini o'rab turgan gaz bilan to'ldirilgan va bu erda to'qnashuv markaziga perpendikulyar ravishda chiqadigan yuzlab va hatto minglab boshqa zarrachalarning izlarini kuzatish mumkin.

“Xususan, biz lambda giperonlari - proton va pionga parchalanadigan aylanuvchi zarralar mavjudligi belgilarini qidirmoqdamiz, biz ularni Time Project Palatasida kuzatamiz. Proton giperonning aylanish yo‘nalishiga deyarli to‘g‘ri keladigan tarzda chiqariladi, chunki ular kamerani qaerga urganini kuzatish orqali siz giperon spinining qaysi tomonga yo‘naltirilganligini kuzatishingiz mumkin”, dedi Ernst Sixtermann, STAR detektorining katta olimi va Lourens Berkli National Laboratoriya.

"Biz old va orqa STAR sensorlarida o'lchaydigan burchak momentumiga nisbatan ma'lum bir tarzda yo'naltirilgan ushbu qiz protonlarning yo'nalishi bo'yicha tizimli afzalliklarni qidirmoqdamiz. Ushbu afzal momentning kattaligi bizga aylanma harakat darajasini, ya'ni kvark-glyon plazmasining o'rtacha aylanish darajasini bildiradi.

Super aylanish

Natijalar shuni ko'rsatadiki, RHIC detektoridagi to'qnashuvlar hech qachon qayd etilgan eng kuchli vorteks harakati bilan suyuqlik hosil qiladi. Bu suyuqlikning aylanishi tezlashayotgan tornadoga qaraganda ancha tezroq va har qanday laboratoriya suyuqligidan tezroq. Shunday qilib, olimlar bu mumkin bo'lgan eng ideal suyuqlik degan xulosaga kelishdi, chunki u juda past yopishqoqlik va yuqori vorteksli harakatga ega. Ushbu ma'lumotlar, shuningdek, kvark-glyuon plazmasining vorteks harakati haqida turli nazariyalar bashorat qilishini baholash uchun foydali bo'ladi.

"Turli nazariyalar, ular qanday parametrlarni o'z ichiga olganiga qarab, vorteks harakatining turli darajalari haqida gapiradi. Shunday qilib, bizning natijalarimiz ushbu nazariyalarning barchasini saralashga va qaysi omillar eng mos kelishini aniqlashga yordam beradi. Bu nazariyalarning umumiy jihati bor: ularning barchasi girdob harakatini kam baholaydi. Bizning o'lchovlarimiz shuni ko'rsatadiki, u ilgari o'ylanganidan ancha faolroq, hatto tezroq sodir bo'ladi.

Ushbu kashfiyot DHIC detektorida amalga oshirilgan dasturlardan biri ustida ishlayotganda amalga oshirildi. U boshqa muhim hodisalarni kuzatish mumkin bo'lgan diapazonlarda to'qnashuv energiyasini muntazam ravishda o'zgartirish qobiliyati tufayli tanlangan. Aslida, nazariyalar RHIC vorteks hizalanishini aniqlash va keyinchalik tekshirish uchun optimal diapazonga ega bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi, chunki bu ta'sir yuqori energiyalarda kamayadi.

RHICda kelajakdagi to'qnashuvlarda aniqlanishi kerak bo'lgan lambda giperonlari sonining ko'payishi olimlarning to'qnashuvlarda hosil bo'lgan magnit maydon kuchini hisoblash uchun ushbu o'lchovlardan foydalanish qobiliyatini yaxshilaydi. Magnitlanish kuchi zaryadlangan zarralarning harakatiga ta'sir qiladi, chunki ular RHIC to'qnashuvi natijasida hosil bo'ladi va paydo bo'ladi, shuning uchun uning kuchini o'lchash kvark-glyuon suyuqligini to'liq tavsiflash uchun muhim ahamiyatga ega, shu jumladan turli zaryadlarga ega bo'lgan zarrachalarni qanday ajratish.

"Nazariya bashorat qiladiki, og'ir ion tajribalarida hosil bo'lgan magnit maydon butun koinotdagi boshqa har qanday magnit maydonga qaraganda ancha yuqori."

Brukxaven milliy laboratoriyasiga ko'ra.

Shakl 1. ATLAS tajribasida qo'rg'oshin ionlari nurlarining to'qnashuvi paytidagi hodisani vizualizatsiya qilish misoli

Kvark-gluon plazmasini o'rganish

ATLAS tajribasida MEPhI guruhining yo'nalishlaridan biri kvark-glyuon plazmasi (QGP) deb ataladigan materiyaning yangi holatining signallarini izlashdir. Yuqori energiya zichligida materiyani tashkil etuvchi eng kichik elementar zarralar - kvarklar va glyuonlar (kvant xromodinamikasi qonunlari bilan qattiq bog'langan) asimptotik erkinlikka ega bo'ladilar. Materiya bu fazaviy o'tishni 2500 gigakelvin haroratda amalga oshirishi mumkin, bu Quyosh yadrosidan 100 000 marta issiqroqdir.

Katta Andon kolladerida qo'rg'oshin yadrolarining to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan yadro moddasining energiya zichligi ilgari erishilganidan 30 baravar yuqori, bu kvark-glyuon plazmasining tug'ilishi uchun etarli bo'lishi mumkin, ya'ni. kvarklar va gluonlar dekonfinatsiya holatidadir. Moddaning bu holatini o'rganish kvant xromodinamikasi (QCD) qonunlarini to'liq tekshirish imkonini beradi.

MEPhI guruhi hozirda quyidagi sohalarda tadqiqot olib bormoqda:

• p+Pb to'qnashuvlarida zaryadlangan zarrachalarning hosil bo'lish ko'pligini o'rganish;
• p+Pb to'qnashuvlarida zaryadlangan zarrachalarning pT spektrlarini o'rganish;
• Pb-Pb to'qnashuvlarida Z bozon ishlab chiqarishni masshtablash;

Tadqiqotlar Kolumbiya universiteti (AQSh), Brukxaven milliy laboratoriyasi (AQSh), CERN (Yevropa Ittifoqi), Veyzman fan instituti (Isroil) bilan yaqin hamkorlikda olib boriladi.

Eng muhim tadqiqot natijalari quyidagi rasmlarda ko'rsatilgan.

Z bozonlarini ee va m m yemirilish rejimlari uchun rekonstruksiya qilish natijalari (chapdagi rasm) o'ta issiq yadro muhiti tomonidan ularning ishlab chiqarilishini bostirish yo'qligini tasdiqlaydi.

Zaryadlangan zarrachalarning ko'pligini o'rganish (markaziy rasm) proton-ion to'qnashuvlarini tavsiflovchi nazariy modellardagi noaniqliklarni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.

Zaryadlangan zarrachalarning ko‘ndalang momentum taqsimotini o‘rganish (o‘ng rasm) glyuon taqsimotini, shuningdek, nuklon (Pb) va protonning to‘lqin funksiyalarida kuzatilishi mumkin bo‘lgan chiziqli bo‘lmagan to‘yinganlik effektlarini o‘rganish imkonini beradi.

2-rasm. Ma'lumotlar va MSda Z -> ee (chapda) va Z -> m m (o'ngda) invariant massalarining taqsimoti.

3-rasm. √(S NN) =5,02 TeV massa tizimi markazidagi energiyada p+Pb to'qnashuvlarining bir necha markazlashtirilgan intervallari uchun dN ch /dķ zaryadlangan zarrachalarning o'lchangan zichligining psevdotezlik taqsimoti.

4-rasm. Massalar sistemasi markazidagi energiyada p+Pb to‘qnashuvlarida zaryadlangan zarrachalarning o‘zgarmas differentsial spektrlari √(S NN) =5,02 TeV.

Konferentsiyadagi maqola va ma'ruzalar:

1. ATLAS hamkorlik; “ATLAS detektori bilan √(S NN)=2.76 TeV da Pb-Pb toʻqnashuvlarida Z bozon hosil boʻlishini oʻlchash”; fizika. Rev. Lett 110, 022301 (2013)
2. ATLAS hamkorlik; "ATLAS detektori bilan √(S NN) = 5,02 TeV da proton-qo'rg'oshin to'qnashuvlarida zaryadlangan zarracha psevdorapidlik taqsimotining markazlashtirilganligiga bog'liqligini o'lchash"; ATLAS-CONF-2013-096
3. ATLAS hamkorlik; "LHCda ATLAS tajribasi bilan o'lchangan p+Pb √(S NN)=5,02 TeV to'qnashuvlarda zaryadlangan zarrachalar ishlab chiqarishning ko'ndalang momentum, tezlik va markazlikka bog'liqligi"; ATLAS-CONF-2013-107
4. Shulga, E; "ATLAS tomonidan o'lchangan proton-qo'rg'oshin to'qnashuvlarida zaryadlangan zarrachalar ishlab chiqarishning markazga bog'liqligi"; Int. Yuqori energiyali yadroviy to'qnashuvlarning dastlabki bosqichlari bo'yicha konferentsiya. 2013 yil 8-14 sentyabr

Kontaktlar:

Shulga Evgeniy Aleksandrovich

[elektron pochta himoyalangan]