вторник, 24 ноября 2020 года   

ЦЕРН возвращает вещество к началу начал?|CERN à l'origine de la matière

Автор: Ольга Юркина, Женева, 24. 09. 2010.

Фото - Наша газета

Большой адронный коллайдер (© CERN)

В этом году Большой адронный коллайдер ЦЕРНа не перестает привлекать внимание общественности: сначала – перезапуск, вызвавший бурю эмоций, от опасений до восхищения, затем – рекордное достижение самого мощного ускорителя элементарных частиц. Напомним, в конце марта ЦЕРНу впервые удалось разогнать протоны в коллайдере до скорости, близкой к скорости света, и столкнуть их с общей энергией 7 тераэлектронвольт (ТэВ), ранее не достижимой в лабораторных условиях. Этап, еще на один шаг приблизивший ученых к воссозданию в микроскопических масштабах Большого взрыва, и приоткрывающий дверь в неизвестное состояние вещества, предшествующее той материи, которая формирует наш мир. Однако жизнь во всемирно известном туннеле на французско-швейцарской границе не утихала и после первых столкновений протонов на космических скоростях.

На этой неделе ЦЕРН снова оказался в центре внимания – после того, как физики, работающие на одном из устройств Большого адронного коллайдера, Компактном мюонный соленоиде (CMS), сообщили о странном феномене, никогда ранее не фиксируемом при столкновении протонов. Не исключено, что наблюдаемые взаимодействия между частичками могут навести на след кварк-глюонной плазмы – состояния, в котором вещество, по теории, находилось в первые микросекунды после Большого взрыва. Воссоздание кварк-глюонной плазмы – одна из целей экспериментов, проводимых в ЦЕРНе, ведь наблюдения за ней могли бы пролить свет на формирование известных нам атомов и молекул.

Окружающее нас вещество состоит из атомов, ядра которых, в свою очередь, сформированы из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны образованы из кварков, базовых элементарных частиц, существовавших на самых первых стадиях развития универсума. Естественно, чтобы из кварков получились «сложные» протоны и нейтроны, необходима сила, «привязывающая» кварки друг к другу. Связь обеспечивает так называемое сильное взаимодействие, переносчиком которого является еще одна элементарная частичка – глюон. Хотя современная физика располагает достаточными сведениями о сильном взаимодействии, два вопроса остаются нерешенными: первоначальная причина «сопряжения» кварка с глюоном и механизм, определяющий массу элементарных частичек.

Дело в том, что кварк в природе невозможно наблюдать как отдельную частичку. Грубо говоря, кварки «увязли» в глюонах и заключены в составные элементарные частички – протоны и нейтроны. Каким образом произошло то, что в физике называется «удержанием кварков», на данный момент остается загадкой. Так же, как и масса вещества. Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но если суммировать массу этих кварков, мы получим только 1% массы протона или нейтрона. Куда деваются потерянные 99% массы? Ясно одно: те же механизмы, которые определяли слияние кварков с глюонами, смогли бы прояснить происхождение массы известного нам вещества.

По существующей теории, в первые мгновения после Большого взрыва, при необычайно высоких температурах, кварки и глюоны еще не были слиты воедино, а «плавали» в космическом пространстве свободно, несвязанные друг с другом. Это состояние вещества и называлось кварк-глюонной массой. Достижимо оно только при температуре около 2000 миллиардов градусов, то есть в 100 000 раз больше, чем температура в центре Солнца. Вероятно, что до такой степени ни одна точка Вселенной не разогревалась с самого создания универсума. Впоследствии, когда Вселенная стала остывать, кварки и глюоны  сформировали ядра протонов. Сегодня сгустки плазмы могли бы находиться в центре очень компактных звезд, но лучший способ перенестись на 13,7 миллиардов лет назад – воспроизвести состояние вещества, следующего за рождением Вселенной, в лабораторных условиях.

Ученые рассчитывают на то, что воссоздание кварк-глюонной массы в коллайдере помогло бы пролить свет на первые мгновения существования Вселенной, и, следовательно, - на формирование первичного вещества. Столкновения тяжелых ядер (как, например, ядра атома свинца) с космическими скоростями в коллайдере позволят воспроизвести условия Большого взрыва и то состояние материи, в котором она находилась сразу после него. Другими словами - воссоздать микроскопические капли кварк-глюонной плазмы и наблюдать, как она превращается в известное нам вещество.

Сложность состоит в том, что физики не могут напрямую наблюдать сгустки частиц, образующиеся в коллайдере после столкновения ядер атомов: для этого служат чувствительнейшие, распознающие малейшие отклонения, устройства-детекторы, как CMS или ALICE. Грубо говоря, они реагируют на траектории частиц и изменения их энергии и фиксируют только отклоняющиеся от нормы явления: примерно 100 в секунду, если учесть, что в коллайдере происходит 40 миллионов столкновений протонов в секунду.

Частичка, образующаяся в результате столкновения, нестабильна и распадается в долю секунды. Однако за это время она успевает пробежать по различным участкам CMS и оставить характеристичный след – «подпись», позволяющую ее идентифицировать. В результате наблюдений физики, работающие на CMS, обнаружили, что определенные углы между траекториями частиц систематически повторяются. Это означало, что между частицами, образующимися при столкновении протонов, существуют некие связи, с самого начала «притягивающие» их друг к другу. Феномен, никогда раньше не наблюдаемый и, возможно, отражающий взаимодействия частиц в кварк-глюонной плазме.

Во всяком случае, наблюдаемое в ЦЕРНе явление обнаруживает некое сходство с наблюдениями, полученными в ходе эксперимента на ускорителе RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории в 2005 году. В нем, правда, сталкивались не протоны, а тяжелые ионы. Американские физики были уверены, что им удалось воссоздать кварк-глюонную плазму. Однако сотрудники ЦЕРНа не спешат выводы и готовятся обсудить предположения.

«Теперь нам остается получить как можно больше экспериментальных данных, чтобы проанализировать наблюдаемый процесс и сделать первые шаги в этой новой физике, в новом универсуме, который, благодаря коллайдеру, открывается перед нами», - объяснил Гвидо Тонелли, физик, работающий на CMS, детекторе элементарных частиц на базе сверхмощного и самого большого в мире магнита-соленоида. Кстати, некоторые детали этого устройства создавались российскими специалистами. Скептически подходит к вопросу и Петер Браун-Мунцингер, работающий на эксперименте ALICE. По его мнению, несмотря на то, что получены солидные результаты, пока рано говорить о воссоздании кварк-глюонной плазмы, которая, кстати, могла быть формой состояния вещества в универсуме еще на более ранних стадиях, до Большого взрыва...

Эксперименты ученые намерены продолжать до конца октября, после чего перейдут к следующему этапу и столкнут в коллайдере тяжелые частицы – ядра свинца. Вероятно, эксперименты с более тяжелыми элементами позволят получить более точные результаты о первичном состоянии вещества. Несомненно одно: очередное открытие дало повод для многочисленных дискуссий в ЦЕРНе и воодушевило физиков на новые опыты, способные приоткрыть секреты темной материи и  происхождения Вселенной.

CERN

 

Добавить комментарий

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь , чтобы отправить комментарий
КУРСЫ ВАЛЮТ
CHF-USD 1.1
CHF-EUR 0.93
CHF-RUB 83.2
ДОСЬЕ

Ассоциация

Association

ПОПУЛЯРНОЕ ЗА НЕДЕЛЮ

Надежда Скардино: «Мне сложно поддерживать власть, которая поддерживает насилие»

Знаменитая биатлонистка рассказала Нашей Газете о том, как складывается ее жизнь в Швейцарии, о спортивных достижениях и о политическом кризисе, который разразился в Беларуси, ставшей для нее вторым домом.

Всего просмотров: 3,530

Covid-19: «вторая волна» мер поддержки экономики

Федеральный совет принял решение внести в парламент поправки к закону «О Covid-19» для их срочного рассмотрения во время зимней сессии. Нововведения должны позволить компаниям более эффективно реагировать на развитие пандемии.

Всего просмотров: 1,972

Хорошие новости для швейцарских абонентов

1 января 2021 года вступит в силу новая редакция Закона о телекоммуникациях (LTC). Что изменится в жизни абонентов мобильных операторов?

Всего просмотров: 1,959
СЕЙЧАС ЧИТАЮТ

Черно-белая любовь

Фото - Наша газета Если кто-то засомневается, что швейцарки способны к полной самоотдаче в любви – отправьте этого человека читать книгу Коринны Хофманн «Белая масаи». Автобиографическая история ее брака с африканским воином из племени масаи была переведена на 30 языков и разошлась тиражом 4 миллиона экземпляров.

Всего просмотров: 42,983

Covid-19: более 300 000 инфекций в Швейцарии

По данным Федерального управления здравоохранения (OFSP/BAG), с начала пандемии в Конфедерации были лабораторно подтверждены 300 352 случая заражения новым коронавирусом. Всего скончались 3788 человек, 1014 из них – в течение последних 14 дней.

Всего просмотров: 881

Covid-19 – главная забота швейцарцев

Актуальная статистика, «барометр озабоченности», критика в адрес швейцарских властей, советы относительно проведения зимних праздников, домашние упражнения для заболевших новым коронавирусом, недоказанная эффективность ремдесивира – о развитии эпидемии в Конфедерации читайте в нашей хронике.

Всего просмотров: 1,200
© 2020 Наша Газета - NashaGazeta.ch
Все материалы, размещенные на веб-сайте www.nashagazeta.ch, охраняются в соответствии с законодательством Швейцарии об авторском праве и международными соглашениями. Полное или частичное использование материалов возможно только с разрешения редакции. В случае полного или частичного воспроизведения материалов сайта Nashagazeta.ch, ОБЯЗАТЕЛЬНА АКТИВНАЯ ГИПЕРССЫЛКА на конкретный заимствованный текст. Фотоизображения, размещенные редакцией Nashagazeta.ch, являются ее исключительной собственностью. Полное или частичное воспроизведение фотоизображений без разрешения редакции запрещено. Редакция не несет ответственности за мнения, высказанные читателями в комментариях и блогерами на их личных страницах. Мнение авторов может не совпадать с мнением редакции.
Scroll to Top
Scroll to Top