Появление в 50-х годах XX века ускорителей, способных сообщать частицам энергии более гигавольта A09эВ) О и создание адекватных систем наблюдения траекторий частиц и их анализа привели к неожиданному результату. Началось открытие всё новых и новых короткоживущих частиц, которые, по существовавшим тогда представлениям, должны были быть признаны элементарными. Сравнительно скоро число такого рода частиц, способных к сильным взаимодействиям, перевалило через сотню. Стало ясно, что подавляющая масса этих частиц является возбужденными состояниями систем из "по настоящему элементарных частиц", которые, не уточняя, что же это такое, Р. Фейнман назвал "партонами". Но подлинную ясность в этот вопрос независимо друг от друга внесли в 1964 году М. Гелл-Ман и Дж. Цвейг, которые показали, что все известные тогда частицы с сильным взаимодействием можно систематизировать, если ввести три субчастицы с дробным зарядом, которые Гелл-Ман назвал "кварками". Позднее было показано, исходя из достаточно общих соображений, и в согласии с экспериментом, что всего кварков 6 типов, но последние три кварка образуют только короткоживу- щие частицы. Поэтому ниже будем говорить только о первых трех кварках, которые обозначаются как u-, d- и s-кварки. Им приписываются электрические заряды 2/3, — — 1/3, 1/3. Естественно, что у этих кварков существуют антикварки (d, п, ~s) 2). В частности, протон и нейтрон имеют следующие "кварковые формулы" p=(u,u,d), n=(u,d,d). Когда идея кварков овладела сознанием физиков, то начался интенсивный поиск свободных кварков. Их искали и в атомных реакторах, и в продуктах взаимодействия ускоренных частиц с разными мишенями, в морских глубинах и на вершинах гор на станциях, изучающих космические лучи. И нигде свободные кварки обнаружены не были. И тогда сформировался закон: кварки принципиально объединены в группы с целым электрическим зарядом. Однако не все так просто. Оказывается в объёме, скажем, протона (гр ~ 1016см) кварки могут двигаться почти свободно. Однако при увеличении расстояния между ними силы взаимопритяжения растут и система двух кварков не может принять макроразмеры. Описанное явление получило название конфайнмента ("удержание") кварков. Специфические силы, удерживающие кварки, обязаны так называемым глюонам (glue — клей), которые несколько напоминают фотоны в обычном электромагнитном взаимодействии. Но глюоны взаимодействуют друг с другом, в отличие от фотонов, которые непосредственно не взаимодействуют друг с другом. Но вот что в свое время предсказали теоретики. Если сжать вещество до плотности и ~ 1010см~3 и иметь при этом температуру Т > 300 МэВ, то кварки начинают гулять по всему объёму тела, а глюконы этому не препятствуют. Возникающая структура была названа "кварк-глюонной плазмой" (КГП). Естественно возникла идея, что вещество внутри черных дыр находится именно в виде КГП. Но опять-таки уже давно высказывалось предположение, что черные дыры сродни тому образованию, которое существовало на начальной стадии Вселенной Большого Взрыва. И вот вопрос: а нельзя ли получить, столкнув при большой энергии ядра тяжелых элементов, приведенные выше значения плотности и температуры? Оценки показали, что это возможно уже с имеющейся техникой, хотя это не просто. ) Эйнштейновская энергия протона г = трс « 0, 9ГэВ. 2) Кроме того, каждый из кварков имеет еще специфическое квантовое число, называемое условно "цветом". Этих квантовых числе 3. 554 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий Итак, достаточно неожиданно появилась возможность получить микрокаплю кгп. Работа по осуществлению такого эксперимента в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН — окрестность Женевы) началась в 1994 году, а уже в начале 2000 года были подведены итоги. Не касаясь практически невероятной изощренности экспериментов, когда надо было на уровне мощного фона выявить образование микрокапель КГП, опишем вкратце, что было сделано. В качестве разгоняемых частиц были взяты практически полностью лишенные электронов ионы свинца. Эти ионы попадали в ускоритель, где они ускорялись до энергии 33000 ГэВ и затем летели на тонкую свинцовую мишень. При лобовом столкновении частиц образуются микрокапли КГП, которые очень быстро охлаждаются, испуская энергичные фотоны и в конце превращаются в поток тяжелых частиц со стандартными наборами кварков, связанных глюонами. Наблю- дения фотонов, излучаемых на стадии КГП, свойства которых были рассчитаны, и являются наиболее прямым и наглядным подтверждением образования нужного объекта. Кроме этого диагностического показателя, образование КГП проявляется и в особенностях генерации других частиц. Предварительные результаты получения и исследования КГП в ЦЕРНе были подтверждены в 2001 и последующих годах в Брукхэвене (США) с использованием самой мощной в мире установки для изучения реакций со встречными тяжелыми пучками (RHIC — Relativistic Ion Collider). Эксперименты проводились с ионами золота, энергия которых была на порядок больше, чем в ЦЕРНе. В результате сейчас не осталось сомнений в том, что кварк-глюонную плазму действительно удается получить в лаборатории.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «"Черные дыры" в лаборатории» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
