Эксперимент ALICE в ЦЕРНе фокусируется на кварках – строительных блоках, из которых состоят протоны и нейтроны. Недавно исследовательская группа при участии Болгарии сделала важное открытие, связанное со столкновением частиц при экстремальных температурах и чрезвычайно коротких временных масштабах, при котором за короткое время создается новое состояние материи. С его помощью кварки впоследствии формируются в протоны, нейтроны и легкие ядра. Это открытие позволяет проследить образование более тяжелых элементов в космических лучах высоких энергий и важно для изучения темной материи, которая составляет около 85% вещества во Вселенной. Тема прокомментирована Доктор Димитр Михайлов с факультета физики ГУ «Св. Климент Охридский»в шоу «Футуризм» с Ведущий Антон Груев.
Доктор Михайлов участвует в эксперименте ALICE в ЦЕРНе и работает с Большим адронным коллайдером, который позволяет изучать и тестировать стандартную модель физики элементарных частиц, составляющих материю.
«Эксперимент ALICE, в котором я участвую, связан с изучением материи в экстремальных условиях, близких к тем, которые возникли сразу после Большого взрыва — примерно через микросекунду после него».
Открытие: как образуются легкие ядра
Гость пояснил, что высокоэнергетические столкновения в коллайдере — между протонами или тяжелыми ионами — за чрезвычайно короткое время создают новое состояние вещества, называемое кварк-глюонной плазмой, из которого впоследствии рождаются протоны, нейтроны и легкие ядра.
Он подчеркнул, что долгое время было загадкой, как при температурах порядка триллионов градусов образуются легкие ядра, такие как дейтрон, которые должны распадаться.
«Наша гипотеза заключалась в том, что существует механизм, который позволяет дейтрону образовываться с определенной задержкой после того, как частицы покинут самую горячую зону. Анализируя корреляции между частицами, мы обнаружили, что резонансы позволяют задержать процесс образования, чтобы легкие ядра образовались в более благоприятных условиях».
Доктор Михайлов пояснил, что ключевую роль играет так называемый дельта-резонанс – нестабильная частица с достаточно большим временем жизни, чтобы покинуть самую горячую область и распасться в более благоприятные условия. При этом распаде образуются протоны или нейтроны, которые могут быстро соединяться друг с другом и образовывать дейтрон, который впоследствии достигает детекторов.
Значение открытия для освоения космоса
Собеседник сообщил, что этот прорыв позволяет объяснить феномен: в космических лучах высоких энергий наблюдается больше тяжелых элементов, чем ожидали ученые, хотя неясно, как они образовались. Это открытие также важно для изучения темная материя. На его долю приходится около 85% вещества. Вселеннаяно мы знаем его только благодаря его гравитационному влиянию.
«Главное в том, что нам нужно знать, сколько антивещества мы можем ожидать. Благодаря нашему открытию мы не только доказываем, как формируется дейтрон, но и антидейтрон, его античастица. Это может значительно помочь лучше рассчитать ожидаемое количество антидейтрона в этих экспериментах на Международной космической станции».
По мнению Михайлова, «если бы не было этого дисбаланса, возможно, материя и антиматерия уничтожили бы друг друга, и у нас вообще не было бы того интересного мира, в котором мы живем. Вот почему так важно практически понять, откуда и как мы пришли».
Будущие ускорители
В будущем ЦЕРН предусматривает строительство будущего кругового ускорителя — туннеля длиной 90,7 км, который может начать работу в 2047 году. Однако Димитр Михайлов сообщил, что этот проект все еще находится на стадии исследований и обсуждаются различные варианты, в том числе мюонный коллайдер, работающий с мюонами — элементарными частицами с очень высокой энергией и чрезвычайно частыми столкновениями.
«В случае реализации будущий круговой ускоритель, вероятно, будет иметь две стадии — сначала столкновения электронов и позитронов, что приведет к созданию фабрики по производству Бозоны Хиггсаа затем адронные столкновения при еще более высоких энергиях, пока недостижимых в лабораторных условиях, и найти пределы рассматриваемой стандартной модели».
По словам гостя, потребность в более крупных коллайдерах возрастает, поскольку чем выше энергия столкновения, тем более тяжелые частицы они смогут создавать и считать. «Чем больше у нас энергии или чем выше скорость, тем сложнее оставаться на правильном пути. В какой-то момент мы улетим. То же самое верно и для элементарных частиц», — сказал он.
Что дальше в АЛИСЕ
«Мы надеемся проверить, образуется ли гелий по тому же механизму, что и дейтрон», — прокомментировал Михайлов. А долгосрочная цель — понять пределы стандартной модели.
«Это означает, что у этой модели должен быть какой-то предел ее применимости, которого мы еще не нашли в мире элементарных частиц. И мы надеемся, что именно это произойдет в будущем».
В передаче смотрите также:
- Микрогравитация меняет эволюцию бактерий и вирусов в космосе: Эксперимент МКС показывает более медленные заражения и уникальные мутации на орбите.
- НАСА запускает телескоп Пандора для более точного изучения экзопланет: Миссия будет работать с Джеймсом Уэббом над устранением звездного шума при поиске признаков жизни.
- Психиатры предупреждают о риске «ИИ-психоза» у уязвимых людей: генеративный искусственный интеллект может усугублять психотические симптомы, не являясь прямой причиной.
- 3D-печать вступает в эпоху «запрограммированных» металлов: новый метод позволяет контролировать атомную структуру и свойства сплавов во время печати.
Весь разговор смотрите на видео.
Вы можете посмотреть всех гостей шоу «Футуризм». здесь.