В Большом адронном коллайдере создали идеальную жидкость из света
Американские физики из Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Уэйна обнаружили, что свет способен создавать необычную жидкость, которая существовала в первые моменты после Большого взрыва. Об этом стало известно из пресс-релиза, опубликованного на Phys.org.
Исследовательская группа ATLAS провела анализ данных, полученных в результате экспериментов на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРН. В ходе этих экспериментов происходили столкновения фотонов с ионами свинца, что привело к образованию крошечных капель кварк-глюонной плазмы.
Кварк-глюонная плазма — это особое состояние материи, ведущее себя как идеальная жидкость, состоящая из свободных кварков и глюонов. В обычных условиях кварки находятся в связке благодаря глюонам, и их невозможно разделить, не создав новые частицы. Однако в условиях кварк-глюонной плазмы такие ограничения снимаются.
Кварки обладают цветовыми зарядами — красным, зеленым и синим. В обычных условиях эти заряды уравновешивают друг друга, и вещество становится бесцветным. В кварк-глюонной плазме, как и в обычной плазме, существуют свободные заряды, но в данном случае они цветовые. Такое состояние можно достичь лишь при очень высоких энергиях, которые доступны в Большом адронном коллайдере и Relativistic Heavy
Для создания кварк-глюонной плазмы ученые сталкивают пучки ионов свинца, что приводит к кратковременному образованию этой плазмы, которая затем быстро остывает и возвращается к обычному состоянию. Это сопровождается рождением новых частиц, которые фиксируются детектором ATLAS. Одним из признаков присутствия плазмы является эллиптическое распределение частиц, которое раньше считалось возможным только при столкновениях тяжелых ионов.
В новом исследовании ученые обратили внимание на другой эффект. Во время ускорения ионов свинца внутри LHC вокруг них создаются электромагнитные поля и облака фотонов. Хотя большинство ионов промахиваются мимо друг друга, они взаимодействуют с этими фотонными облаками, что также приводит к образованию эллиптического узора частиц.
Ранее считалось, что фотоны не могут иметь достаточной энергии для создания кварк-глюонной плазмы. Однако исследователи выяснили, что на самом деле фотоны могут взаимодействовать, создавая ро-мезоны — пары кварка и антикварка. Эти пары образуются в результате квантовых флуктуаций и временно существуют за счет сильного ядерного взаимодействия.
Теоретики адаптировали гидродинамические модели для описания этих столкновений и пришли к выводу, что даже при меньших энергиях такие столкновения могут создавать «сильно взаимодействующую жидкость». Модельные расчеты подтвердили наблюдения, хотя для окончательного вывода потребуется провести дополнительные эксперименты.
Будущие исследования на LHC и RHIC помогут ученым понять, действительно ли эти столкновения формируют кварк-глюонную плазму или за этим феноменом стоит иное объяснение.