На Большом адронном коллайдере, возможно, получен новый тип материи

Столкновение протона и ядра свинца порождает сотни частиц, которые улавливает один из детекторов БАК
(иллюстрация CERN).

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) проанализировали данные, полученные в ходе протон-свинцовых столкновений в Большом адронном коллайдере (LHC), и пришли к выводу, что в гигантском кольце могла появиться новая форма материи – так называемая глазма (или "конденсат цветового стекла").

Этот тип материи представляет собой похожую на жидкость волну глюонов – элементарных частиц, которые отвечают за сильное взаимодействие. Это физическое взаимодействие в свою очередь является причиной взаимодействия кварков и косвенно влияет на соединение протонов и нейтронов в атомном ядре. Как отмечает Discovery, глюоны за их свойства иногда сравнивают с клеем.

Учёные не ожидали, что "конденсат" может быть получен в ходе столкновений частиц в гигантском кольце БАК, но некоторые данные указывают на то, что именно это и происходит.

Попробуем объяснить, что именно наблюдают физики. В коллайдере исследователи разгоняют протоны (составляющие ядер атомов) и ионы свинца (то есть ядра атомов свинца, лишённые электронов) до гигантских скоростей. Затем при помощи магнитных полей направив пучки друг на друга, они добиваются столкновения некоторых из них.

Частицы при столкновениях переходят в состояние, обладающее свойствами жидкости. В "кильватере" образующейся "волны" появляются новые частицы, которые разлетаются во все стороны со скоростью, близкой к скорости света.

Недавно учёные заметили, что некоторые пары таких частиц ведут себя странно: они разлетаются от места столкновения в согласованных направлениях.

"Каким-то неведомым образом они "договариваются" друг с другом и двигаются в одном и том же направлении, хотя они и не имеют возможности как-либо связываться друг с другом. Многих, включая нас, это явление удивило", — рассказывает физик MIT Гюнтер Роланд (Gunther Roland), группа которого проводила последний анализ наравне с Вэем Ли (Wei Li) и его коллегами из университета Райса.

Похожее поведение учёные наблюдали при столкновении двух тяжёлых частиц, например, двух ионов свинца или свинца и золота (меди). В этом случае появляется так называемая кварк-глюонная плазма – очень горячий "бульон" из частиц, которым была Вселенная в течение нескольких долей секунды сразу после Большого взрыва. Это состояние вещества может отвечать за согласованность движений частиц.

Проблема в том, что кварк-глюонная плазма не может образоваться при столкновении свинца и протонов, как в случае настоящего исследования. Ещё раз изучив полученные результаты, физики пришли к выводу, что и глазма может отправлять частицы в согласованных направлениях.

Такое предположение поддерживает и Раджу Венугопалан (Raju Venugopalan), один из руководителей группы Брукхейвенской национальной лаборатории, который также работал с этими состояниями вещества и предсказал существование глазмы. Вероятно, за необычную связь частиц отвечает их квантовая запутанность. Это свойство заставляет частицы взаимодействовать даже тогда, когда они разделены большим расстоянием.

Запутанные глюоны в глазме могут объяснить, как разлетевшиеся от места столкновения частицы обмениваются информацией о своём положении, говорит Венугопалан. Эта корреляция – очень слабый эффект, но он может рассказать нам о фундаментальных взаимодействиях кварков и глюонов в протонах.

Любопытно, что никто из физиков не ожидал увидеть эффекты, схожие с теми, что наблюдаются в кварк-глюонной плазме, в случае столкновений протонов и ионов свинца в БАК. Более того, они хотели использовать их в качестве отправной точки, когда можно увидеть более чистую картинку, так сказать, фоновые взаимодействия, чтобы затем "вычесть" их из данных, полученных при столкновении между собой ионов свинца.

В январе 2013 года учёные планируют несколько недель сталкивать протоны и ионы свинца, чтобы понять, действительно ли появляется состояние вещества, схожее с жидким. Новые данные помогут найти объяснение наблюдаемым эффектам и определить, связаны ли явления, которые проявляются в ходе протон-протонных, протон-свинцовых и свинец-свинцовых столкновений.

О своих выводах учёные рассказали в статье в журнале Physical Review B (препринт материала был размещён на сайте arXiv.org).

Также по теме:
На Большом адронном коллайдере поставлен мировой рекорд температуры
Эксперимент на Большом адронном коллайдере опроверг современную теорию мироздания
Большой адронный коллайдер работает на рекордном уровне энергии

Сегодня