Три кварка, три кварка, три кварка!

4 марта 2016 - Украина

Три кварка, три кварка, три кварка!

Когда NICA начнет работу, о существовании кварков в свободном виде ученые узнают по аномалиям, которых природа обычно не допускает. 25 марта в Дубне произойдет важнейшее для современной науки событие будет торжественно заложен первый камень в строительство давно задуманного нового сверхпроводящего коллайдера (ускорителя на встречных пучках), названного именем богини победы NICA. На самом деле это красивое и символичное название представляет собой аббревиатуру, образованную от Nuclotron-Based Ion Collider Facility. Ожидаемая победа здесь заключается в том, что с помощью NICA физики наконец-то надеются увидеть кварки и глюоны в свободном состоянии. До сих пор это не удавалось сделать никому.

 

Кто такие Кварки?

 

Кварки субчастицы с дробным электрическим зарядом были теоретически предсказаны в 1964 г. американским физиком и нобелевским лауреатом Марри Гелл-Манном. По современным теоретическим представлениям, в свободном состоянии они существовали лишь в первые микросекунды после Большого взрыва, а потом собрались в тройки и склеились в уже известные нам частицы типа протонов или нейтронов такое явление называется «кварковый конфайнмент». Любопытно, что имя для своих субчастиц Гелл-Манн позаимствовал из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». В одном из эпизодов над героем романа летают чайки и выкрикивают странную фразу: «Три кварка для мистера Марка! Три кварка, три кварка, три кварка!!!» Гелл-Манн получил свою Нобелевскую премию за то, что он удивительным образом сумел вставить выдуманные Джойсом кварки в основание стройной системы вполне реального мира. Считается, кстати, что нейтронные звезды как раз образованы из кварк-глюонной материи необычайно плотной ядерной материи, переходящей в кварк-глюонную плазму при экстремальных плотностях и температурах.

 

Лет 30 назад считалось очевидным, что превратить ядерную материю в первобытную кварк-глюонную «кашу» возможно лишь при соударении частиц, несущихся навстречу друг другу с максимально возможной энергией. Уверенность в этом была столь велика, что в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) для получения кварк-глюонной материи был построен уникальный коллайдер RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) стоимостью $0.75 млрд, где сталкиваются тяжелые ионы с энергией около 200 млрд эВ на нуклон. Однако к тому времени выяснилось, что при ловле кварков с большими энергиями надо быть осторожнее: на слишком высоких скоростях ионы пролетают друг мимо друга, не успев вступить во взаимодействие между собой. В середине нулевых теоретики Дубны рассчитали наиболее выгодную энергию столкновения, она оказалась значительно ниже брукхейвенской, и наиболее интересный диапазон энергий ожидается в районе нескольких (точнее, 4-11) гигаэлектронвольт (гЭв) на нуклон.

 

В результате ускорительные центры, работающие сейчас в области исследования горячей и плотной ядерной материи, ставят себе задачу искать фазовые переходы в ядерной материи именно в этой области энергии. В Брукхейвене срочно перестраивают коллайдер на более низкие энергии, а переделывать, как известно, всегда сложнее, чем делать заново. Перестройку своего коллайдера американцы предполагают закончить к 2020 г. Им придется коренным образом модернизировать многие системы коллайдера, в первую очередь детектор, установленный в точке столкновения пучков.

 

Когда новый коллайдер будет запущен?

 

Дубненский коллайдер NICA с самого начала был рассчитан как раз на те энергии, о которых мечтают теоретики. Это будет огромная установка, работающая на встречных пучках тяжелых ионов. Как и Большой адронный коллайдер в CERN, это будет кольцо, правда поменьше, с периметром чуть больше 500 м. Рыть тоннели и копать шахты для него не требуется, поскольку проект разработан на базе уже существующего в Дубне нуклотрона, который будет готовить пучки для коллайдера. Тем не менее коллайдер и два огромных детектора со сверхпроводящими системами нужно будет сооружать в новом комплексе зданий (общая площадьоколо 30 тыс. м2), который уже начали строить. Все здания, сооружения и новые экспериментальные установки планируется создать к 2020 г. Главная уникальная особенность NICA высокая плотность ядер золота, участвующих в столкновениях. Каждую секунду через квадратный сантиметр будут пролетать сгустки, содержащие в целом 1027 частиц. а в каждом сгустке будет не менее 2 млрд ядер золота. Машин с такими характеристиками нигде в мире еще никто не создавал, параметры коллайдера абсолютно беспрецедентны.

 

Когда новый коллайдер будет запущен, собственно свободных кварков он, конечно, не разглядит. Его детектор узнает об их существовании в свободном виде по аномалиям, которых природа обычно не допускает. например, наблюдая зарядовую асимметрию или необычные пики в спектре вылетающих частиц. Время ядерной реакции очень мало фемтосекунды, и дистанции (или область взаимодействия) тоже необычайно микроскопичны фемтометры (10 15 м). Однако в этой области сосредотачивается колоссальное количество нуклонов (протонов и нейтронов из ядер золота) до нескольких миллиардов. Образуется необычайно плотная среда при высокой температуре, которая и может давать возможность кваркам высвобождаться на мгновения. Сталкивающиеся ионы золота при высоких температурах и экстремальных плотностях ядерного вещества будут рождать целые ливни продуктов ядерной реакциифотоны, электроны и позитроны, заряженные и нейтральные мезоны, барионы и много чего другого. Нарушение симметрии, например различное число рождающихся положительно и отрицательно заряженных к-мезонов, может указывать на фазовые переходы в ядерной материи и деконфайнмент. Странное поведение и плато (или пики) в энергетическом спектре каонов могут говорить о том, что образовалась смешанная фаза состояние, когда ядерная материя существует одновременно с кварк-глюонной. Очень хорошая аналогия тут может быть приведена с фазовыми переходами воды: нагрев воду до 100° С при одной атмосфере, можно наблюдать в пробирке одновременно и жидкость. и пар. и пузырьки газа в жидкости (смешанную фазу). А если нагреть колбу с водой до нескольких сотен градусов при очень высоких давлениях, жидкость в колбе становится непрозрачной и в конечном итоге взрывообразно испаряется сквозь стенки колбы.

 

Международный мегапроект 

 

Над его осуществлением работают много стран-участниц. многие из которых вкладывают в него не только научные возможности, но и свои ресурсы. Особо можно выделить участие в проекте Германии и Китая. Ожидается, что к концу 2019 г. будет закончено сооружение всех инженерных систем коллайдера и всего основного оборудования сверхпроводящих магнитов, детектора и т.д.

 

Особенно отмечается сотрудничество с германским центром ядерной физики в Дармштадте, где строятся ускоритель и экспериментальная установка, имеющие ту же физическую задачу, что и NICA. Но эксперимент будет поставлен в несколько другом формате. Вместо сталкивающихся, как в коллайдере NICA, частиц в проекте FAIR выбрали схему, когда интенсивным пучком ускоренных тяжелых ионов бомбардируют плотную мишень, установленную в сложнейшем и огромном детекторе. Это уникальная установка однако у каждого эксперимента есть свои плюсы и минусы. В случае FAIR будет достигнута огромная светимость эксперимента, однако ожидается большое количество фоновых (бесполезных) событий, которые нужно очень быстро отсеивать, анализируя на лету. Это очень нетривиальная задача. Фактически сейчас создается общая Европейская научно-исследовательская инфраструктура для проведения уникальных исследований в области ядерной физики. Это как бы два больших плеча одного эксперимента в Дубне и в Дармштадте. Фундаментальные результаты, обнаруженные на одной установке, должны быть подтверждены на другой.

nica



Похожие записи:

Гравитационные шумы Вселенной
Гравитационные шумы Вселенной
В разделе: Наука и технологии
Сигнал с постепенно увеличивающимися частотой и амплитудой был одновременно зафиксирован на двух антеннах LIGO в Вашингтоне и Луизиане. Чудом кажется не только то, что удалось впрямую услышать грав...
Бен Аффлек и Генри Кавилл - Бэтмен против Супермена
Бен Аффлек и Генри Кавилл - Бэтмен против Супермена
В разделе: Кино и TV
«Бэтмен против Супермена: На заре справедливости» - американский фильм о супергероях враждующих между собой. Интервью с главными героями фильма - Бен Аффлеком и Генри Кавиллом.
Жизнь после инсульта
Жизнь после инсульта
В разделе: Здоровье
После инсульта у многих пациентов могут возникнуть нарушения в восприятии левой половины пространства и собственного тела. Два новых вида терапии способны восстановить «расколотую» карт...
Спам-реклама — бич Интернета
Спам-реклама — бич Интернета
В разделе: Наука и технологии
Спам-реклама — настоящий бич Интернета. Она создает реальные проблемы нам, пользователям, и не только потому, что захламляет веб-страницы: она съедает деньги (поскольку на нее тратится интерн...
Рейтинг: 0 Голосов: 0 591 просмотр
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

 

Новини України