Направи дарение на училище!

Какво се случва, когато частиците в най-големия ускорител на частици в света не се сблъскват, а се пропускат? Нова физика!

Търсенето е насочено към мистериозна форма материя, предвидена от Специалната теорията на относителността на Айнщайн. След повече от десетилетие проучване учените от най-големия в света колайдер на частици вярват, че са на прага да я намерят.

Но изследователите не търсят в същината на експлодиращите частици, разбиващи се една в друга с почти светлинна скорост.

Вместо това, физиците на Големия адронен колайдер (LHC), пръстен с дължина 27 километра, погребан под земята близо до границата между Франция и Швейцария, търсят липсващата материя, наречена „кондензат от цветно стъкло” (Color-Glass Condensate – CGC), като изучават какво се случва, когато частиците не се сблъскват, а вместо това преминават бързо една до друга в близки разминавания. „Кондензатът от цветно стъкло” е важен, тъй като е предложен като универсална форма на материя, която описва свойствата на всички високоенергийни силно взаимодействащи частици. Всяка една от думите в името има своя смисъл – „кондензат” означава висока плътност на глуоните, „цвят” – цветът, който носят кварките и глуоните в резултат от силните взаимодействия и „стъкло” се отнася до свойствата на едноименния материал, с който могат да се сравнят някои характеристики на поведението на глуоните.

„Кондензатът от цветно стъкло” се отнася до състояние на материята, предхождащо глазма. Глазма (glass (стъкло) + plasma) – хипотетичен прекурсор на кварк-глуонова плазма, в която частиците кондензират в стъкловидно или аморфно състояние.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Според Стандартния модел на физиката, теорията, която описва многообразието на субатомните частици, 98% от видимата материя във Вселената се държи заедно благодарение на фундаменталните частици, наречени глуони. Тези уместно наречени частици са отговорни за силата, която „слепва” (glue – лепило) заедно кварки, за да образува протони и неутрони. Когато протоните се ускорят приблизително до скоростта на светлината, възниква странно явление: Концентрацията на глуони вътре в тях нараства стремително.

„В тези случаи глуоните се разделят на двойки глуони с по-ниски енергии и така впоследствие глуоните се разделят отново и отново и т.н.“, казва в изявление Даниел Тапия Такаки, доцент по физика и астрономия от Университета в Канзас. „В един момент разделянето на глуони вътре в протона достига граница, при която размножаването на глуони спира. Такова състояние е известно като „кондензат от цветно стъкло”, хипотетизирана фаза на материята, за която се смята, че съществува в много високо енергийни протони, както и в тежки ядра.“

Според Националната лаборатория на Брукхейвън, кондензатът би могъл да обясни много неразгадани загадки на физиката, например как се образуват частиците при сблъсъци с висока енергия или как материята се разпределя в частиците. Въпреки това, учените избягват потвърждаването на съществуването му от десетилетия. Но през 2000 г. физиците на RHIC – The Relativistic Heavy Ion Collider (Ускорителя на тежки йони) от Брукхейвен откриват първите признаци, че кондензатът от цветно стъкло може да съществува.

Когато в лабораторията сблъскали златни атоми, лишени от електроните им, открили странен сигнал в частиците, изтичащи при сблъсъците, който намеквал, че протоните на атомите са били претъпкани с глуони и започват да образуват кондензат от цветно стъкло. По-нататъшни експерименти на сблъскване на тежки йони в LHC са имали подобни резултати. Но сблъскването на протоните съпроводено от релативистични скорости може само да даде мимолетен поглед върху вътрешността на протоните, преди субатомните частици бурно да експлодират. Изучаването на вътрешността на протоните изисква по-щадящ подход.

Когато заредени частици, като протоните, се ускоряват до високи скорости, те създават силни електромагнитни полета и освобождават енергия под формата на фотони или частици светлина. (Благодарение на двойствената природа на светлината, тя също е вълна.) Тези загуби на енергия някога бяха отхвърлени като нежелан страничен ефект на ускорителите на частици, но физиците намериха нови начини да използват тези високоенергийни фотони в своя полза.

Ако протоните свистят един покрай друг в ускорителя, бурята от фотони, които изпускат, може да причини сблъсък на протони и фотони. Тези така наречени ултра-периферни сблъсъци са ключът към разбирането на това, какво става вътре във високоенергийните протони.

„Когато високоенергийна светлинна вълна удари протон, тя произвежда частици – всички видове частици – без да нарушава протона“, казва в изявление Тапиа Такаки (Tapia Takaki). „Тези частици са записани от нашия детектор и ни позволяват да реконструираме безпрецедентно висококачествена картина на това, какво се случва вътре.“

Тапиа Такаки в международно сътрудничество с други учени използва този метод за откриване на неуловимия кондензат от цветно стъкло. Изследователите публикували първоначални резултати от своето изследване в августовския брой на The European Physical Journal C. За първи път екипът бил в състояние индиректно да измери плътността на глуоните при четири различни енергийни нива. При най-високото ниво те открили доказателство, че кондензат от цветно стъкло едва започва да се образува.

Резултатите от експеримента „… са много вълнуващи, давайки ни нова информация за динамиката на глуона в протона, но има много теоретични въпроси, на които не са отговорили“, казва в изявлението си Виктор Гонкалвс, професор по физика във Федералния университет в Пелота в Бразилия и съавтор на изследването.

Засега съществуването на кондензат от цветно стъкло остава неуловима загадка.

Превод: Светослава Петкова-Дишкова

Източник: LiveScience

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!