Эксперименты в Большом адронном коллайдере показали отсутствие влияния высоких температур на легкие атомные ядра.

Новости МирТесен

Ученые-физики не могли объяснить, почему экстремальные температуры не разрушают легкие ядра. Выяснилось, что они формируются не в центральной области столкновения.

При столкновении частиц в Большом адронном коллайдере (БАК) возникают температуры, во сто тысяч раз выше, чем в ядре Солнца. Эти значения настолько велики, что приводят к разрушению связей внутри ядер атомов.

Несмотря на это, лёгкие атомные ядра и их аналоги из антиматерии покидают зону столкновения неразделёнными. Механизм этого явления оставался неясным для физиков до недавнего времени. Коллаборация ALICE составила описание происходящих с легкими ядрами процессов на основе экспериментальных данных. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature.

Исследователи ALICE изучали дейтроны (связанные протон и нейтрон, ядро атома дейтерия) и антидейтроны (антипротон и антинейтрон), родившиеся во время высокоэнергетических столкновений протонов на БАК. Они обнаружили свидетельства того, что почти 90 процентов дейтронов и антидейтронов образовались не напрямую в столкновениях, а в результате последующего ядерного синтеза из частиц, рожденных в столкновении. Одна из образующих дейтрон частиц появлялась при распаде короткоживущей частицы.

В ходе совместной работы исследователи зафиксировали импульсы дейтронов и пионов — частиц, структура которых основана на кварк-антикварковой паре. Полученные данные выявили зависимость между импульсами пионов и дейтронов, что свидетельствует о возможном образовании пиона и одного из компонентов дейтрона (протона или нейтрона) в результате распада нестабильной частицы.

Эта нестабильная частица, дельта-резонанс (Δ-резонанс), распадается приблизительно за одну триллионную долю секунды на пион и нуклон (либо протон, либо нейтрон). После этого нуклон может слиться с другими соседними нуклонами с образованием легких ядер, таких как дейтрон.

Ядерный синтез протекает вблизи места столкновения, в условиях более низкой температуры, что значительно повышает вероятность сохранения образовавшихся ядер. Подобные результаты были зафиксированы как для частиц, так и для античастиц. На основании этих данных физики пришли к заключению, что одним и тем же процессом определяется формирование дейтронов и антидейтронов.

«Полученные данные знаменуют собой значительный прогресс в нашей сфере научных изысканий. Они устраняют существующие лакуны в нашем представлении о процессе формирования ядер из кварков и глюонов, и предоставляют ценные сведения для разработки последующих поколений теоретических моделей в физике», — отметил Марко ван Левен ( Marco van Leeuwen), представитель эксперимента ALICE.

Новое открытие, сделанное учеными, может оказаться значимым для развития астрофизики и космологии. Оно связано с легкими ядрами и их античастицами образуются при взаимодействиях космических лучей с межзвездной средой, а также могут создаваться в процессах с участием темной материи.

Новые данные эксперимента ALICE дают экспериментальную основу для моделирования формирования легких ядер в космосе. Создавая детальные модели, физики могут лучше интерпретировать и анализировать данные о космическом излучении и искать темную материю.