|
Коллайдеры раскроют пространственно-временную геометрию
|
|
|
|
Физики из Университета Этвёша Лоранда (ELTE) проводят исследования вещества, составляющего атомное ядро, используя три самых мощных в мире ускорителя частиц. Их внимание было сосредоточено на картировании «первичного супа», который заполнил Вселенную в первую миллионную долю секунды после ее зарождения. Интересно, что их измерения показали, что движение наблюдаемых частиц имеет сходство с поиском добычи морских хищников, закономерностями изменения климата и колебаниями фондового рынка. Сразу после Большого взрыва температуры были настолько экстремальными, что атомные ядра не могли существовать, как и нуклоны, их строительные блоки. Следовательно, в этом первом случае Вселенная была наполнена «первичным супом» из кварков и глюонов. Когда Вселенная остыла, эта среда подверглась «замерзанию», что привело к образованию известных нам сегодня частиц, таких как протоны и нейтроны. Это явление повторяется в гораздо меньшем масштабе в экспериментах на ускорителях частиц, где столкновения двух ядер создают крошечные капли кварковой материи. Эти капли в конечном итоге затем переходят в обычную материю посредством замораживания — трансформации, известной исследователям, проводящим эти эксперименты.
|
|
|
|
Однако свойства кварковой материи изменяются из-за разницы в давлении и температуре, возникающей в результате энергии столкновения в ускорителях частиц. Этот вариант требует измерений для «сканирования» материи в ускорителях частиц разных энергий, Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в США или Суперпротонном синхротроне (SPS) и Большом адронном коллайдере (LHC) в Швейцарии. «Этот аспект настолько важен, что специально для подобных экспериментов во всем мире, например в Германии или Японии, строятся новые ускорители. Пожалуй, самый существенный вопрос заключается в том, как происходит переход между фазами: на фазе может возникнуть критическая точка карта», — объясняет Мате Чанад, профессор физики кафедры атомной физики Университета Этвеша Лоранда (ELTE). Долгосрочная цель исследования — углубить наше понимание сильного взаимодействия, которое управляет взаимодействиями в кварковой материи и в атомных ядрах. Наш нынешний уровень знаний в этой области можно сравнить с освоением человечеством электричества в эпоху Вольты, Максвелла или Фарадея.
|
|
|
Хотя они имели представление о фундаментальных уравнениях, потребовался значительный объем экспериментальной и теоретической работы для разработки технологий, которые глубоко изменили повседневную жизнь — от лампочки до телевизоров, телефонов, компьютеров и Интернета. Точно так же наше понимание сильного взаимодействия все еще находится в зачаточном состоянии, поэтому исследования по его изучению и картированию жизненно важны. Исследователи из ELTE участвовали в экспериментах на каждом из упомянутых выше ускорителей, и их работа за последние несколько лет привела к получению комплексной картины геометрии кварковой материи. Они достигли этого благодаря применению методов фемтоскопии. Этот метод использует корреляции, возникающие из-за неклассической, квантовоподобной волновой природы образующихся частиц, что в конечном итоге раскрывает фемтометрическую структуру среды, источника излучения частиц.
|
|
|
|
«В предыдущие десятилетия фемтоскопия основывалась на предположении, что кварковая материя имеет нормальное распределение, то есть гауссову форму, встречающуюся во многих местах в природе», — объясняет Мартон Надь, один из ведущих исследователей группы. Однако венгерские исследователи обратились к процессу Леви, который также известен в различных научных дисциплинах, как к более общей схеме и которая хорошо описывает поиск добычи морскими хищниками, процессы на фондовом рынке и даже изменение климата. Отличительной чертой этих процессов является то, что в определенные моменты они претерпевают очень большие изменения (например, когда акула ищет пищу на новом участке), и в таких случаях может иметь место распределение Леви, а не нормальное (гауссово) распределение. Это исследование имеет большое значение по нескольким причинам. Прежде всего, одной из наиболее изученных особенностей вымораживания кварковой материи, ее превращения в обычную (адронную) материю, является фемтоскопический радиус (называемый также HBT-радиусом, отмечая его связь с известными эффектами Хэнбери Брауна и Твисса в астрономия), которая получена на основе фемтоскопических измерений. Однако этот масштаб зависит от предполагаемой геометрии среды.
|
|
|
|
Как резюмирует Даниэль Кинчес, постдокторант группы, «если предположение Гаусса не является оптимальным, то наиболее точные результаты этих исследований можно получить только в рамках предположения Леви. Значение «показателя Леви», который характеризует Распределение Леви также может пролить свет на природу фазового перехода. Таким образом, его изменение в зависимости от энергии столкновения дает ценную информацию о различных фазах кварковой материи». Исследователи из ELTE активно участвуют в четырех экспериментах: NA61/SHINE на ускорителе SPS, PHENIX и STAR на RHIC и CMS на LHC. Группу NA61/SHINE ELTE возглавляет Йошиказу Нагаи, группу CMS — Габриэлла Пастор; и группы RHIC Мате Чанада, который также координирует исследования фемтоскопии ELTE. Группы вносят существенный вклад в успех экспериментов в различных сферах: от разработки детекторов до сбора и анализа данных. Они также участвуют во многих проектах и теоретических исследованиях. «Уникальность наших исследований в области фемтоскопии заключается в том, что они проводятся в четырех экспериментах на трех ускорителях частиц, что дает нам широкое представление о геометрии и возможных фазах кварковой материи», — заявляет Мате Чанад.
|
|
|
|
Источник
|
