Физики выясняют, когда мощнейшая сила природы ослабевает

Мы приближаемся к пониманию, когда сильное ядерное взаимодействие ослабляет контроль над самыми основными составляющими материи, позволяя кваркам и глюонам внутри частиц внезапно превращаться в горячий суп из частиц.

Существует особое сочетание температуры и давления, при котором все три фазы воды – жидкость, лед и пар – существуют одновременно. На протяжении десятилетий исследователи искали подобную «критическую точку» для материи, управляемой сильная ядерная силакоторый связывает кварки и глюоны в протоны и нейтроны.

Разрушение ионов в коллайдерах частиц может создать состояние, в котором сильное взаимодействие разрушается и позволяет кваркам и глюонам образовывать жидкую «кварк-глюонную плазму». Но остается неясным, предшествует ли этому переходу критическая точка. Синь Донг в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии и его коллеги теперь приблизились к выяснению этого вопроса.

Они проанализировали количество и распределение частиц, образовавшихся в результате столкновения двух очень энергичных ионов золота на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в штате Нью-Йорк. Донг говорит, что они фактически пытались создать фазовую диаграмму кварков и глюонов — карту, показывающую, какие типы материи позволяет формировать сильное взаимодействие при различных обстоятельствах. Новый эксперимент не выявил с большой уверенностью критическую точку на этой карте, но существенно сузил область, где она могла находиться.

Есть часть фазовой диаграммы, где вещество постепенно «тает» в плазму, как масло, размягчающееся на прилавке, но критическая точка совпадет с более резким переходом, как будто куски льда внезапно появляются в жидкой воде, говорит он. Агнешка Соренсен в Центре по производству пучков редких изотопов в Мичигане, который не принимал участия в работе. По ее словам, новый эксперимент послужит не только подсказкой о том, где искать эту точку, но также покажет, какие свойства частиц могут дать наилучшие подсказки о ее существовании.

Клаудия Ратти из Университета Хьюстона в Техасе говорят, что многие исследователи с нетерпением ждали этого нового анализа, потому что он дал точность, которой не могли достичь предыдущие измерения, и сделал это для части фазовой диаграммы, где теоретические расчеты, как известно, сложны. По ее словам, в последнее время несколько прогнозов местоположения критической точки сошлись, и задача экспериментаторов будет состоять в том, чтобы проанализировать данные для еще более низких энергий столкновения, соответствующих этим предсказаниям, говорит она.

Однозначное обнаружение критической точки стало бы прорывом поколений, говорит Донг. Частично это связано с тем, что сильная сила является единственной фундаментальная сила которое, как подозревают физики, имеет критическую точку. Кроме того, эта сила сыграла значительную роль в формировании нашей Вселенной: она определяла свойства горячей и плотной материи, созданной сразу после Большого взрыва, и до сих пор определяет строение нейтронных звезд. Донг говорит, что эксперименты на коллайдере, подобные новому, могут помочь нам понять, что происходит внутри этих экзотических космических объектов, как только мы завершим фазовую диаграмму сильных сил.