Группa учeныx Eврoпeйскoй oргaнизaции ядeрныx исслeдoвaний CERN, рaбoтaющaя с oбoрудoвaниeм экспeримeнтa ALICE Бoльшoгo Aдрoннoгo Кoллaйдeрa (БAК), сooбщилa o тoм, чтo им удалось обнаружить признаки весьма необычного явления, возникающего изредка во время столкновений высокоэнергетических лучей протонов. Процессы, происходящие во время таких столкновений протонов, подобны процессам, происходящим при столкновениях разогнанных ядер тяжелых элементов, во время которых «рождается» большое число субатомных частиц, называемых странными адронами. Эти странные адроны имеют названия Kaon, Lambda, Xi и Omega, а свое «странное» название они получили из-за того, что в их состав входит минимум один странный кварк.
Большое количество появляющихся странных адронов является признаком существования так называемой кварково-глюонной плазмы, чрезвычайно горячей и плотной субстанции, которая по мнению ученых заполняла Вселенную спустя несколько миллисекунд после момента Большого Взрыва. Такая плазма возникает обычно при столкновениях ядер тяжелых элементов и данный случай является первым случаем в истории науки, когда возникновение кварково-глюонной плазмы было замечено при столкновениях протонов. Следует отметить, что данное открытие бросает вызов некоторым из существующих теорий, согласно которым при столкновениях протонов не может образовываться ни кварково-глюонной плазмы, ни большого количества странных частиц.
«Мы были очень взволнованы сделанным открытием» — рассказывает Федерико Антинори (Federico Antinori), представитель научного объединения эксперимента ALICE, — «Однако, благодаря данному открытию мы получили возможность узнать множество нового об исконном состоянии материи. Возможность получения кварково-глюонной плазмы в простой системе открывает массу новых возможностей для изучения фундаментальных законов, определяющих состоянии материи, из которой позже сформировалась наша Вселенная».
Исследования процессов, протекающих в среде кварково-глюонной плазмы, позволят определить некоторые из параметров и характерных особенностей сил сильных ядерных взаимодействий, одной из четырех фундаментальных сил. Кварково-глюонная плазма возникает только при условии достижения столь высокой температуры, при которой на составляющие части «разваливаются» не только атомы материи, но и субатомные частицы. Кварки и глюоны, из которых состоят субатомные частицы, обретают свободу и получившаяся плазма демонстрирует свойства весьма экзотической жидкости.
Кроме того, в пределах плазмы происходят превращения кварков из одного типа в другой. Странный кварк более массивен, нежели другие кварки, из которых состоит обычная материя, и его, как правило, более тяжело получить в чистом виде. Более того, плазма сама является своего рода регулятором соотношения возникающих странных кварков и кварков других типов. При достижении определенного уровня энергетической плотности в кварково-глюонной плазме возникает равновесие между количеством возникающих странных и нормальных кварков.
Помимо всего прочего, результаты сделанного открытия указывают на то, что увеличение количества возникающих странных частиц также сопровождается увеличением степени их разнообразия. Поскольку внутри сталкивающихся протонов не содержится странных кварков, то количество полученных странных кварков не зависит от энергии столкновения, зато прослеживается зависимость количества таких кварков от массы первичных частиц, рожденных в результате столкновений протонов, частиц, в состав которых уже могут входить странные кварки.
Подобные эффекты были впервые обнаружены в девяностых годах во время проведения экспериментов на ускорителе Super Proton Synchrotron. Только в этих экспериментах использовались столкновения не протонов, а ядер тяжелых элементов. И обнаружение подобного эффекта при столкновении протонов в БАК дает ученым возможность более подробно и досконально изучить все процессы и механизмы, происходящие внутри кварково-глюонной плазмы.
И в заключении следует отметить, что основной задачей эксперимента ALICE является изучение столкновений ядер тяжелых элементов, свинца, в частности. Датчики эксперимента также регистрируют процессы, происходящие при столкновениях протонов, однако, получаемые при этом данные служат чем-то вроде калибровочных точек для проведения измерений во время более «тяжелых» столкновений. Измерения, в результате которых была обнаружена кварково-глюонная плазма, порожденная столкновениями протонов, была получена при энергиях столкновения в 7 ТэВ, максимальной энергии, которую мог развить коллайдер во время своего первого этапа работы (LHC run 1).
