Ученые обнаружили следы загадочной частицы, существование которой давно подозревали, но не могли обнаружить. Ускользающие частицы, называемые сверхтяжелыми странными барионами, до сих пор не обнаружены непосредственно, но они оставляют очень дразнящие намеки на свое существование.
Сверхтяжелые странные барионы могут отделяться от других субатомных частиц в «плазменном бульоне», напоминающем условия во Вселенной через несколько мгновений после Большого Взрыва, примерно 14 миллиардов лет назад.
Частицы были созданы в ходе эксперимента, проведенного в релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), атомном коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, Нью-Йорк. Там ученые создали бульонную смесь несвязанных кварков — субатомных частиц, составляющих протоны и нейтроны — и глюонов, крошечных частиц, которые связывают кварки друг с другом и переносят сильное ядерное взаимодействие. Физики считают что такая кварк-глюонная плазма похожа на бульон, возникший через миллисекунды после образования Вселенной.
Используя RHIC, физики пытаются понять, как кварки и глюоны изначально объединились, чтобы сформировать протоны, нейтроны и другие частицы, относящиеся к адронам. «Барионы, являющиеся адронами из трех кварков, составляют почти всю материю, которую мы наблюдаем во Вселенной сегодня», — рассказывает в отчете по исследованию физик-теоретик Свагато Мюхерджей (Swagato Mukherjee).
Но пока обычные барионы повсеместно распространены по всей Вселенной, Стандартная Модель, физическая теория, объясняющая причудливый мир субатомных частиц, предсказывает существование отдельного класса барионов, сделанного из тяжелых или странных кварков. Эти тяжелые барионы должны существовать лишь мгновение, что делает их обнаружение непростой задачей. Но если они существуют, то должны оставлять за собой след.
В эксперименте RHIC ускоряли ядра золота, то есть протоны и нейтроны атома золота, до скорости.ю приближающейся к скорости света, и затем сталкивали их. Происходящие столкновения могут повысить температуру внутри коллайдера до поражающих разум 4 триллионов градусов Цельсия (это в 250 000 раз жарче, чем в сердцевине Солнца). Гигантский всплеск энергии, освобождающейся в процессе столкновения, плавит протоны и нейтроны в ядре на их меньшие компоненты, кварки и глюоны. В этом бульоне плазмы из кварков и глюонов, Мюхерджей и его коллеги обнаружили, что другие, более распространенные странные барионы вымораживались из плазмы при меньшей температуре, чем обычно. Ученые предположили, что вымораживание случилось из-за плазмы, содержащей, до настоящего времени необнаруженные, частицы, такие как адроны, состоящие из сверхтяжелых странных барионов.
«Это похоже на то, как столовая соль понижает температуру замерзания жидкой воды», — объясняет Мюхерджей в отчете.
Сопоставив свои измерения с математической моделью кварков и глюонов, исследовательской команде удалось показать, что сверхтяжелые странные барионы были бы наиболее удовлетворительным объяснением для экспериментальных результатов RHIC.
Теперь ученые надеются создать карту того, как разные типы материи, например, кварк-глюонная плазма, меняют свои фазовые состояния при различных температурах. Как химическое вещество H2O может быть представлено в форме жидкости, льда или пара в зависимости от температуры и давления, так и субатомные частицы в атомном ядре принимают различные формы при разных температурах.
Источник изображения: Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли
