Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) утверждают, что им удалось получить данные о температуре материи, возникающей при столкновении ионов золота в коллайдере RHIC, - она достигает четырех триллионов градусов Цельсия, в сотни тысяч раз выше температуры в центре Солнца.
Если эти данные будут подтверждены, это будет означать, что на коллайдере была получена кварк-глюонная материя, которая, как полагают ученые, заполняла Вселенную в первые микросекунды после ее возникновения 13,7 миллиарда лет назад.
"Температура, полученная при анализе измерений на RHIC, значительно выше, чем установленный ранее максимум температуры, достижимой без высвобождения кварков и глюонов из их нормального состояния - конфайнмента (заключения) в протонах и нейтронах", - говорит Стивен Вигдор (Steven Vigdor), заместитель директора лаборатории, отвечающий за эксперименты на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC).
"Прямые фотоны" пойманы?
Команда RHIC, сталкивая ионы золота на скоростях, близких к световым, получила очень горячее вещество, которое просуществовало в этой форме менее миллиардной доли от одной триллионной доли секунды - примерно за это время свет проходит расстояние, равное поперечнику протона. Ученые измерили температуру этого "кваркового супа" по спектру фотонов, который он излучал, с помощью детектора PHENIX, установленного на коллайдере. Однако вычленить в том множестве частиц, которые возникают при столкновении, именно те фотоны, которые несут информацию о температуре в первые мгновения - так называемые "прямые фотоны" - весьма непростая задача. Физики из Брукхейвена утверждают, что им удалось ее решить.
"При таких столкновениях фотоны порождаются самыми разными путями. Мы смогли "убрать" влияние других источников... Сопоставляя теоретические модели расширяющейся плазмы с (экспериментальными) данными, мы смогли определить, что начальная температура "идеальной" (кварковой) жидкости достигает около четырех триллионов градусов", - говорит Барбара Яцек (Barbara Jacak), руководитель коллаборации PHENIX.
Еще в 2005 году эксперименты на коллайдере RHIC показали, что кварк-глюонная материя, которую раньше называли кварк-глюонной плазмой, по своим свойствам ближе к жидкости, чем к газу: частицы в ней очень сильно взаимодействуют друг с другом. Кварк-глюонная материя - практически идеальная жидкость с нулевой вязкостью, в ней почти нет внутреннего трения. Измерения ее температуры - одна из важнейших задач в исследовании процесса эволюции материи.
"Пузыри" с нарушенной симметрией
Ученые из Брукхейвена также утверждают, что им удалось обнаружить в созданном ими "кварковом супе" признаки существования "пузырей" с нарушенной симметрией, что, в частности, может объяснить преобладание материи над антиматерией. Ранее физики предсказывали, что есть вероятность существования таких "пузырей" или областей с нарушенной симметрией. В таких областях, согласно предсказаниям теории, материя ведет себя иначе при при преобразованиях пространства времени или изменениях типа частиц, чем материя "снаружи".
Данные детектора STAR на коллайдере RHIC, как сообщают ученые, показали, что существуют признаки нарушения четности или зеркальной симметрии, которая подразумевает, что физические процессы протекают одинаково и в прямом, и в зеркальном отображении, а также нарушения зарядовой симметрии - одинаковой вероятности рождения частиц и античастиц.
Российские физики готовы идти дальше
Ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне, комментируя для РИА Новости сообщения об исследовании в Брукхейвене, поздравляют коллег с интересными результатами, и считают, что необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.
"Поскольку существует несколько возможных источников фотонов, оценка спектра прямых фотонов весьма нетривиальна", - отмечают директор ОИЯИ академик Алексей Сисакян, вице-директор ОИЯИ профессор Рихард Ледницки и заместитель директора Лаборатории теоретической физики имени Н.Н. Боголюбова ОИЯИ профессор Александр Сорин. "В случае, если сделанная на RHIC весьма непростая оценка действительно верна и справедливы существующие представления о структуре фазовой диаграммы ядерной материи, это может свидетельствовать в пользу того, что обычная материя, состоящая из протонов и нейтронов, превращается в кварк-глюонную материю при энергии RHIC", - отмечают ученые.
Недавно, говорят они, появились модельно-теоретические предсказания, что в пузырьках кварк-глюонной жидкости может происходить нарушение фундаментальных дискретных симметрий природы - зеркальной и зарядовой. И в первой половине 2009 года в эксперименте STAR были действительно получены некоторые предварительные косвенные указания на локальное нарушение зеркальной и зарядовой симметрий в соударениях ионов золота при максимально возможной энергии RHIC, в которых генерируются сверхвысокие магнитные поля, позволяющие наблюдать эти эффекты.
"К сожалению, существует целый ряд альтернативных объяснений наблюдаемых на RHIC эффектов, - отмечают ученые. - Для получения более определенных и достоверных выводов необходимо провести серию дополнительных экспериментов при более низких энергиях столкновения релятивистских тяжелых ионов".
Уже в этом году на RHIC планируется начать программу низкоэнергетического сканирования по энергии, что позволит менять макроскопические характеристики образующейся в результате соударений возбужденной материи - ее температуру, барионную плотность, магнитное поле и другие параметры. Это позволит продвинуться вперед в понимании природы наблюдаемых эффектов, а также в поиске и изучении новых состояний материи - их фазовых превращений, смешанной фазы, критических явлений и критической точки на фазовой диаграмме, в окрестности которой ожидается аномальное увеличение флуктуаций.
Вместе с тем, понижение энергии RHIC неизбежно приведет к значительной потере светимости, поскольку RHIC не был оптимизирован под эти энергии, что станет серьезной преградой к набору необходимой статистики, препятствуя достижению поставленной цели, говорят физики. Именно поэтому, говорят ученые, важное значение для мировой науки имеет создающийся в Дубне коллайдер тяжелых ионов NICA, который будет запущен в ближайшие шесть лет.
В экспериментах на NICA планируется, в частности, пособытийное измерение зеркальной и зарядовой асимметрий, а также других важных параметров. "В отличие от RHIC, комплекс NICA изначально оптимизирован на область сравнительно низких энергий 4 - 11 гигаэлектронвольт в системе центра масс сталкивающихся нуклонов ядер, при которых, согласно теоретическим предсказаниям, возможно получить максимально достижимую в лабораторных условиях барионную плотность материи, которая могла возникать в естественных условиях на определенных стадиях эволюции Вселенной и, возможно, существует сейчас в недрах нейтронных звезд", - подчеркивают ученые.
По их словам, именно в этом диапазоне энергий ожидаются самые драматические изменения в свойствах материи в результате фазовых превращений. "Запланированная для соударений тяжелых ионов на NICA средняя светимость - порядка 10 в 27 степени соударений в секунду на квадратный сантиметр - на несколько порядков превосходит ожидаемую светимость RHIC в этой области энергий, что позволит NICA продвинуться на качественно новый уровень понимания фундаментальных основ строения мироздания", - уверены исследователи.
"Основная работа еще впереди", - говорят ученые из ОИЯИ.
"Температура, полученная при анализе измерений на RHIC, значительно выше, чем установленный ранее максимум температуры, достижимой без высвобождения кварков и глюонов из их нормального состояния - конфайнмента (заключения) в протонах и нейтронах", - говорит Стивен Вигдор (Steven Vigdor), заместитель директора лаборатории, отвечающий за эксперименты на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC).
"Прямые фотоны" пойманы?
Команда RHIC, сталкивая ионы золота на скоростях, близких к световым, получила очень горячее вещество, которое просуществовало в этой форме менее миллиардной доли от одной триллионной доли секунды - примерно за это время свет проходит расстояние, равное поперечнику протона. Ученые измерили температуру этого "кваркового супа" по спектру фотонов, который он излучал, с помощью детектора PHENIX, установленного на коллайдере. Однако вычленить в том множестве частиц, которые возникают при столкновении, именно те фотоны, которые несут информацию о температуре в первые мгновения - так называемые "прямые фотоны" - весьма непростая задача. Физики из Брукхейвена утверждают, что им удалось ее решить.
"При таких столкновениях фотоны порождаются самыми разными путями. Мы смогли "убрать" влияние других источников... Сопоставляя теоретические модели расширяющейся плазмы с (экспериментальными) данными, мы смогли определить, что начальная температура "идеальной" (кварковой) жидкости достигает около четырех триллионов градусов", - говорит Барбара Яцек (Barbara Jacak), руководитель коллаборации PHENIX.
Еще в 2005 году эксперименты на коллайдере RHIC показали, что кварк-глюонная материя, которую раньше называли кварк-глюонной плазмой, по своим свойствам ближе к жидкости, чем к газу: частицы в ней очень сильно взаимодействуют друг с другом. Кварк-глюонная материя - практически идеальная жидкость с нулевой вязкостью, в ней почти нет внутреннего трения. Измерения ее температуры - одна из важнейших задач в исследовании процесса эволюции материи.
"Пузыри" с нарушенной симметрией
Ученые из Брукхейвена также утверждают, что им удалось обнаружить в созданном ими "кварковом супе" признаки существования "пузырей" с нарушенной симметрией, что, в частности, может объяснить преобладание материи над антиматерией. Ранее физики предсказывали, что есть вероятность существования таких "пузырей" или областей с нарушенной симметрией. В таких областях, согласно предсказаниям теории, материя ведет себя иначе при при преобразованиях пространства времени или изменениях типа частиц, чем материя "снаружи".
Данные детектора STAR на коллайдере RHIC, как сообщают ученые, показали, что существуют признаки нарушения четности или зеркальной симметрии, которая подразумевает, что физические процессы протекают одинаково и в прямом, и в зеркальном отображении, а также нарушения зарядовой симметрии - одинаковой вероятности рождения частиц и античастиц.
Российские физики готовы идти дальше
Ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне, комментируя для РИА Новости сообщения об исследовании в Брукхейвене, поздравляют коллег с интересными результатами, и считают, что необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.
"Поскольку существует несколько возможных источников фотонов, оценка спектра прямых фотонов весьма нетривиальна", - отмечают директор ОИЯИ академик Алексей Сисакян, вице-директор ОИЯИ профессор Рихард Ледницки и заместитель директора Лаборатории теоретической физики имени Н.Н. Боголюбова ОИЯИ профессор Александр Сорин. "В случае, если сделанная на RHIC весьма непростая оценка действительно верна и справедливы существующие представления о структуре фазовой диаграммы ядерной материи, это может свидетельствовать в пользу того, что обычная материя, состоящая из протонов и нейтронов, превращается в кварк-глюонную материю при энергии RHIC", - отмечают ученые.
Недавно, говорят они, появились модельно-теоретические предсказания, что в пузырьках кварк-глюонной жидкости может происходить нарушение фундаментальных дискретных симметрий природы - зеркальной и зарядовой. И в первой половине 2009 года в эксперименте STAR были действительно получены некоторые предварительные косвенные указания на локальное нарушение зеркальной и зарядовой симметрий в соударениях ионов золота при максимально возможной энергии RHIC, в которых генерируются сверхвысокие магнитные поля, позволяющие наблюдать эти эффекты.
"К сожалению, существует целый ряд альтернативных объяснений наблюдаемых на RHIC эффектов, - отмечают ученые. - Для получения более определенных и достоверных выводов необходимо провести серию дополнительных экспериментов при более низких энергиях столкновения релятивистских тяжелых ионов".
Уже в этом году на RHIC планируется начать программу низкоэнергетического сканирования по энергии, что позволит менять макроскопические характеристики образующейся в результате соударений возбужденной материи - ее температуру, барионную плотность, магнитное поле и другие параметры. Это позволит продвинуться вперед в понимании природы наблюдаемых эффектов, а также в поиске и изучении новых состояний материи - их фазовых превращений, смешанной фазы, критических явлений и критической точки на фазовой диаграмме, в окрестности которой ожидается аномальное увеличение флуктуаций.
Вместе с тем, понижение энергии RHIC неизбежно приведет к значительной потере светимости, поскольку RHIC не был оптимизирован под эти энергии, что станет серьезной преградой к набору необходимой статистики, препятствуя достижению поставленной цели, говорят физики. Именно поэтому, говорят ученые, важное значение для мировой науки имеет создающийся в Дубне коллайдер тяжелых ионов NICA, который будет запущен в ближайшие шесть лет.
В экспериментах на NICA планируется, в частности, пособытийное измерение зеркальной и зарядовой асимметрий, а также других важных параметров. "В отличие от RHIC, комплекс NICA изначально оптимизирован на область сравнительно низких энергий 4 - 11 гигаэлектронвольт в системе центра масс сталкивающихся нуклонов ядер, при которых, согласно теоретическим предсказаниям, возможно получить максимально достижимую в лабораторных условиях барионную плотность материи, которая могла возникать в естественных условиях на определенных стадиях эволюции Вселенной и, возможно, существует сейчас в недрах нейтронных звезд", - подчеркивают ученые.
По их словам, именно в этом диапазоне энергий ожидаются самые драматические изменения в свойствах материи в результате фазовых превращений. "Запланированная для соударений тяжелых ионов на NICA средняя светимость - порядка 10 в 27 степени соударений в секунду на квадратный сантиметр - на несколько порядков превосходит ожидаемую светимость RHIC в этой области энергий, что позволит NICA продвинуться на качественно новый уровень понимания фундаментальных основ строения мироздания", - уверены исследователи.
"Основная работа еще впереди", - говорят ученые из ОИЯИ.