На ранних этапах зарождения Вселенной, после Большого взрыва, энергии в недрах сверхновых звёзд были чрезвычайно высоки. Учёные считают, что в первое время после образования космического пространства температура достигала миллиардов градусов в «плюсовую» сторону. Естественно, в таких экстремальных условиях вещество не могло существовать в привычном нам виде, и, согласно расчётам, тогда оно представляло собой кварк-глюонную плазму.
Зачем учёным изучать свойства кварков и глюонов?
Кварк — это бесструктурная частица, считающаяся фундаментальной составляющей материи, а глюон (от англ. glue – клей) — это некий «связующий» компонент (элементарная безмассовая частица, векторный бозон), отвечающий за сильное взаимодействие между кварками. Изучение свойств этих частиц позволит учёным лучше понять законы, по которым устроена Вселенная. Дело в том, что Стандартная модель, которая используется сейчас, не до конца объясняет реалии мира и не даёт никаких ответов о природе гравитации. Чтобы приблизиться к разгадке, физикам нужно изучить свойства кварков и глюонов. Но для этого нужно выделить кварки, а на Земле нет энергий, позволяющих это сделать. Однако учёные придумали, как обойти это ограничение.
В европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) расположен Большой адронный коллайдер, с помощью которого исследователи сталкивают между собой пучки протонов, разогнанные скоростей, близких к скорости света. Подобные опыты уже дали значимые результаты. В частности, физикам удалось получить неизвестную ранее элементарную частицу — бозон Хиггса, отвечающую за массу. Поэтому у неё есть и другое говорящее название — «частица Бога». Результаты, получаемые на коллайдере, как и другие инструменты ЦЕРН, периодически ставят под сомнение постулаты Стандартной модели. Чтобы разобраться в результатах, исследователи попытались на коллайдере получить кварки, но эксперимент не увенчался успехом. Чем больше энергии прикладывалось, тем крепче становилась связь частиц в атомном ядре.
Что придумали учёные для обхода ограничений в достижении энергий Большого взрыва?
В протоне кварков три, суммарно они дают заряд +1. Протоны, как и нейтроны, из-за их массы относят к барионам, а более лёгкие электроны – к лептонам (от греч. λεπτός — лёгкий). Промежуточное положение, «мезо», занимают мезоны, причисляемые к адронам. Они принимают участие в сильном взаимодействии, удерживающем кварки в нуклонах. Интересно, что мезоны включают в себя только кварк и антикварк (состоят из равного их количества).
Исследователям Брукхейвенской лаборатории штата Нью-Йорк совместно с учёными Хельсинкского университета удалось выяснить, что электронный пучок, изгибаясь, выделяет достаточно энергии для деформации ядра атома, испускающего одиночный векторный мезон. Физики рассчитывают, что изучение подобных взаимодействий позволит больше узнать о распределении глюонов в ядрах. Как объясняют исследователи, столкновения с высокой энергией чувствительны к распределению глюонов в протонах и нейтронах.
Ранее исследователями из ЦЕРН было экспериментально доказано, что глюоны реагируют на воздействие тяжелых ионов Pb и Au (свинца и золота), путь которых пролегает по касательной к дейтрону (ядро изотопа водорода). Этой схеме учёные дали название «ультра-периферической коллизии». Данная методика будет использована в электрон-ионном коллайдере (EIC), который планируется запустить в Брукхейвене. Так учёные смогут «проникнуть в ядро атома по касательной» и получить данные о поведении глюонов.
Результаты опытов показали, как увеличивается энергия глюонов при подобном воздействии — это объясняет неудачу при попытках получить их в свободном виде. Однако наблюдение за поведением частиц тоже многое может сказать физикам-ядерщикам. Результаты этих исследований позволят учёным стать немного ближе к пониманию устройства Вселенной, ведь некогда она состояла из кварк-глюонной плазмы.
Друзья! Познавательным каналам очень сложно выживать в ленте среди политической повестки и звезд шоу-бизнеса.😔 Сделайте свой маленький вклад в научное просвещение граждан, поставьте палец вверх👍 и подпишитесь на наш канал. Спасибо🥰