Тайное становится явным: в Большом адронном коллайдере (БАК), оказывается, была получена
Удивительные результаты дали последние эксперименты по моделированию на БАКе Большого Взрыва
На днях во Франции завершилась конференция Quark Matter 2011, на которой ученые подвели итоги экспериментов, проведенных на БАКе в конце 2010 года - перед отправкой "монстра" на каникулы (кратко они изложены в пресс-релизе CERN). Тогда в коллайдере сталкивали ионы свинца. А прежде там сталкивали почти на скоростях света и разбивали вдребезги лишь протоны - частицы несравненно более легкие. Ученые справедливо расчитывали, что "тяжелые ядра свинца" позволят глубже проникнуть в тайны материи. Так оно вроде бы и вышло, как выяснилось на конференции.
Смысл экспериментов: разбивая частицы, вернуть материю в "первобытное" состояние. В то, когда ее мельчайшие составляющие еще не объединились в протоны и нейтроны, а тем более в атомы. Такие условия, если верить господствующей ныне теории зарождения Вселенной, существовали сразу после Большого Взрыва, в результате которого она - Вселенная - и образовалась. Из некой точки. Примерно 13,7 миллиардов лет назад.
БАК по сути моделировал Большой Взрыв. Сотворял так называемую кварк-глюонную плазму. Это невероятно горячий - до 10 триллионов градусов - "суп" из протоматерии, в состоянии которого Вселенная находилась через доли наносекунд после своего рождения.
Сотворив "суп", физики наблюдали за его поведением посредством детекторов ALICE, ATLAS и CMS - гигантских измерительных комплексов, весящих по 10 и более тысяч тонн. Ученые хотели бы понять (в числе прочего), каким образом протоматерия превратилась в обычную - в ту, которая нас сейчас окружает. И какова природа так называемого сильного взаимодействия, за счет которого кварки и глюоны "склеиваются" в протоны и нейтроны.
По словам специалистов ЦЕРН, последствия столкновений встречных пучков протонов позволяли имитировать состояние материи через десять в минус 34-й степени секунды после Большого Взрыва. А столкновение ионов свинца - через десять в минус 11-й степени. То есть, гораздо позднее. Но выражаясь образно, и тот и этот эксперименты приблизили исследователей к самому эпицентру акта творения. По времени, конечно. И по сути, перенесли - пусть в микроскопическом масштабе - почти на 14 миллиардов лет назад.
В мире нет научного инструмента крупнее, чем БАК. И эксперименты на нем соответствующие
Ученые сейчас пытаются понять, что получилось. А некоторые уже делают сенсационные выводы. Например, в университете Бирмингема (University of Birmingham in the U.K) исследователи под руководством доктора Дэвида Эванса (David Evans) полагают: едва появившись, Вселенная вела себя отнюдь не как газ. Как предполагалось ранее. Скорее Вселенная была жидкой. И, выражение "кварк-глюонный суп", которое применяли к первичной материи в ней, возможно, окажется не просто образным.
Кстати, сама гипотеза о том, что сразу после Большого Взрыва Вселенная обладала свойствами жидкости - плотной и сверхгорячей, была выдвинута еще 5 лет назад после экспериментов на американских ускорителях. И вот теперь полоумная вроде бы идея подтверждается.
Как сказано в пресс-релизе французской конференции, плотность произведенной в коллайдере субстанции - той самой кварк-глюонной плазмы - оказалась чудовищной : гораздо больше, чем в недрах нейтронной звезды.
- Вряд ли во Вселенной есть более плотное вещество - разве что в Черных Дырах, - говорит Дэвид Эванс, который ныне возглавляет команду детектора ALICE.
Исследователи уверяют, что один кубический сантиметр этого "супа" - то есть, новорожденной Вселенной - весит 40 миллиардов тон. Температура его несравненно выше, чем в центре Солнца.
А ведет себя "суп" как идеальная жидкость - в которой вообще нет трения.
- Если вы размешаете чай в стакане, а потом вытащите ложку, то он - чай - через какое-то время прекратит вращаться. А идеальная жидкость никогда не остановится. Она будет двигаться по кругу до бесконечности, - объясняет суть кварк-глюонной плазмы Дэвид.
Столкновение ионов свинца и породило вещество невероятной плотности - "кварк-глюонный суп", из которого состояла новорожденная Вселенная
Существует и альтернативная точка зрения. Мол, сначала был сотворен невероятно горячий газ, потом он превратился в нечто горячее и жидкое. А уж потом - из этого - постепенно стал "всплывать" окружающий нас мир. Как поплавок в проруби.
В следующих экспериментах ученые планируют увеличить энергию соударений ионов свинца в два раза и выйти на запредельные значения. Соответственно должна возрасти и плотность "кварк-глюонного супа". Не исключено, что наблюдение за ним и позволит точнее разобраться в первичной материи. И определить, жидкая она была или газообразная.
Однако рекордных экспериментов с тяжелыми ионами на БАКе и очередных больших взрывов в миниатюре придется подождать до 2013 года.
Большие Взрывы станут еще больше
Еще в сентябре прошлого года на симпозиуме по адронным коллайдерам (Hadron Collider Physics Symposium 2010), проходившем в Канаде, ученые рассказали о перспективах модернизации БАКа в ближайшие 25 лет. Есть планы довести энергию столкновений протонов до 33 тераэлектронвольт (ТэВ). Это более, чем в два раза больше задуманного ныне.
Пока энергия столкновений составляет "всего" 7 ТэВ. Но общественность уже паникует: "как бы чего не случилось".
В 2012 году энергию попробуют увеличить до расчетных, но небывалых еще в истории физических экспериментов 14 ТэВ. И можно себе представить, какой "вой" поднимется по этому поводу. Но он не пойдет ни в какое сравнение с тем, который могут спровоцировать грядущие исследования. А именно те самые 33 ТэВ, намеченные на 2035 год.
Ко всему прочему на модернизированном и фантастически мощном БАКе начнут сталкивать и ионы, и протоны, и электроны. И электроны с протонами.
Действительно, страшно…Но интересно.