Физика

Сенсация в научном мире

Более пяти лет в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) работает комплекс со встречными пучками - коллайдер релятивистских тяжелых ионов RHIC (Relativistic heavy Ion Collider). Здесь ускоряют почти до уровня скорости света атомные ядра от легчайших до самых тяжелых, и при их столкновениях энергия преобразуется в температуры порядка триллионов градусов.

Физики рассматривают этот ускоритель как своеобразную машину времени, ибо такие экстремальные температурные условия последний раз наблюдались во Вселенной менее микросекунды после Большого взрыва. Исследователи считают: в эту ничтожно малую долю времени вся материя находилась в состоянии кварк-глюонной плазмы. И лишь по мере остывания кварки объединялись в протоны и нейтроны, возникали атомы, из которых образовывались звезды, галактики, планеты.

Комплексное осмысление и сопоставление результатов, полученных на RHIC, позволили 18 апреля 2005 г. на заседании Американского физического общества (Тампа, Флорида) официально объявить о создании на этом ускорителе нового типа материи, очень похожей на теоретически предсказанное при экстремально высоких температурах и/или давлениях состояние кварк-глюонной плазмы. Такое заявление было сделано на основании совокупности результатов, полученных в рамках четырех международных экспериментов на RHIC (большие - PHENIX и STAR, малые -BRAHMS и PHOBOS).

Данное открытие вызвало сенсацию в научном мире. Ведь создание в лабораторных условиях нового состояния сильновзаимодействующей материи является исключительно важным для целого ряда направлений фундаментальной физики: космологии, астрофизики, квантовой хромодинамики и т.д. Если на RHIC действительно создана "мать всей материи" (первичная праматерия), то физики смогут проверить свои наиболее фундаментальные теории, описывающие структуру и свойства вещества на самых глубинных уровнях мироздания, возможно, открывая условия, которые существовали последний раз при рождении Вселенной.

Московский инженерно-физический институт (МИФИ) совместно с другими российскими вузами - Институтом физики высоких энергий (Протвино), Объединенным институтом ядерных исследований (Дубна) - активно участвует в эксперименте STAR. Координатором является заведующий кафедрой "Моделирование физических процессов в окружающей среде" МИФИ профессор М. Н. Стриханов, руководителем физического анализа и научного направления "Корреляции и флуктуации" - доцент В. А. Окороков.

STAR - один из наиболее успешных, значимых и перспективных экспериментов как в области физики релятивистских тяжелых ионов, так и в физике высоких энергий. Сама установка STAR впечатляет не только размерами, сложностью и физическими характеристиками, но и тем, что исследования на ней проводятся огромным международным коллективом - около 500 физиков из лабораторий и университетов (всего 51 организация) 14 стран мира.

МИФИ внес существенный вклад в создание газовой и лазерной систем ТРС (времяпроекционной камеры) - основного детектирующего элемента STAR и крупнейшего в мире подобного комплекса. Сотрудники этого института все активнее участвуют в физическом анализе беспрецедентно огромного массива экспериментальных данных, собранных на установке в столкновениях тяжелых ионов при релятивистских энергиях.

sensaciya-v-nauchnom-mire
Общий вид установки STAR в экспериментальном зале на коллайдере RHIC.

Группа ученых МИФИ задействована также в изучении согласованности функций пар вторичных частиц с малыми относительными импульсами (фемтоскопия) и исследовании адронных струй и азимутальных корреляций частиц с большими поперечными импульсами. На сегодняшний день как раз в указанных выше областях получены наиболее интригующие данные.

Одним из ярких свидетельств образования вещества нового типа в конечном состоянии в столкновениях релятивистских тяжелых ионов на коллайдере RHIC являются именно результаты международного эксперимента STAR по так называемой "струйной томографии", полученные при участии В. А. Окорокова. Суть явления заключается в следующем: если в процессе соударения тяжелых ядер образовался объем сильновзаимодействующей материи в состоянии де-конфайнмента (кварк-глюонной плазмы), обладающий азимутальной асимметрией и имеющий форму эллипсоида, то струя вторичных частиц будет подавляться сильнее вдоль большей оси последнего.

Исследования в области фемтоскопии и струй вторичных частиц с большими поперечными импульсами дают уникальную информацию обо всех стадиях пространственно-временной эволюции материи, образованной в столкновениях релятивистских тяжелых ионов. На RHIC впервые созданы условия, приемлемые для проведения экспериментов на достаточно высоком уровне точности и статистической обеспеченности результатов по физике жестких процессов и адронных струй в столкновениях атомных ядер (т.е. в присутствии сильновзаимодействующей материи).

Другой важный и удивительный результат, полученный на RHIC, заключается в том, что обнаруженный новый тип материи (кварк-глюонная плазма) очень сильно отличается по своим свойствам от идеального газа и находится ближе к идеальной кварк-глюонной жидкости, из которой состояла ранняя Вселенная.

Словом, с началом функционирования в 2000 г. RHIC физика релятивистских тяжелых ионов вступила в эру коллайдерных экспериментов. Полученные результаты являются важнейшим этапом в изучении ядерной материи при экстремальных условиях. А впереди новые исследования как при энергиях RHIC, так и при значительно более высоких, которые планируется получать на строящемся в Европе ускорительном комплексе LHC. Ученые МИФИ совместно с физиками из других организаций Росатома будут активно участвовать в его экспериментах.


В. АЛЕКСЕЕВ

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD