Български принос в ALICE разкрива как се формират леките ядра

В предаването „Футуризъм“ д-р Димитър Михайлов от Физическия факултет на СУ „Св. Св. Климент Охридски“ представи резултати от експеримента ALICE в ЦЕРН, в който има българско участие. Разговорът с водещия Антон Груев беше посветен на ново откритие, свързано с образуването на протони, неутрони и леки ядра след високоенергийни сблъсъци в Големия адронен колайдер.

Същност на откритието

Екипът наблюдава процесите, при които при екстремни температури и за изключително кратко време се формира кварк-глуонна плазма — състояние, близко до онова милионни части от секундата след Големия взрив. От тази плазма впоследствие се образуват протоните, неутроните и леки ядра. Дълго време оставаше неясно как при температури от порядъка на трилиони градуси могат да се формират устойчиви структури като деутерона, които по логика би трябвало да се разпаднат.

Д-р Михайлов и неговите колеги предложиха и провериха хипотезата, че процесът на образуване на деутерон е забавен — частиците напускат най-горещата зона и само след това в по-благоприятни условия се свързват в леки ядра. Анализът на корелациите между отделните частици позволи да се установи как се разгръща този механизъм.

Роля на делта резонанса

Ключов елемент в предложеното обяснение е т.нар. делта резонанс — нестабилна частица с достатъчно „дълъг“ ефективен живот, за да напусне най-горещата част от огъня на сблъсъка и да се разпадне при по-ниски температури. При разпада си делта резонансът дава протони или неутрони, които в по-спокойна среда могат бързо да се свържат и да формират деутерон, който достига детекторите.

Тази механика обяснява защо леките ядра могат да възникнат въпреки екстремните първоначални условия: забавянето на формирането чрез посредничеството на резонансни състояния създава „прозорец“ на относителна стабилност за обединяване на нуклоните.

Значение за космическите изследвания и тъмната материя

Откритието има директно приложение за разбирането на състава на високоенергийните космически лъчи, където се наблюдава по-голям брой по-тежки елементи, отколкото стандартните модели предвиждат. Разбирането на механизмите за образуване на леки ядра помага да се пресметне по-точно какви количества от тези ядра — включително техни античастици — може да се очакват при наблюдения извън Земята.

Особено важно е възможността да се предскаже наличието на антидеутерони. По-точните изчисления на фоновото ниво на антиматерия подпомагат експериментите, търсещи сигнатури за тъмна материя, която познаваме предимно чрез нейните гравитационни ефекти и която остава една от големите неразгадани компоненти на Вселената.

Бъдещи ускорители и планове в ALICE

Д-р Михайлов коментира и по-далечните планове в областта на ускорителната физика. ЦЕРН обсъжда възможността за изграждане на бъдещ кръгов ускорител с тунел дълъг 90,7 км, който би могъл да влезе в експлоатация около 2047 г. Проектът все още е в етап проучване и включва различни варианти, сред които и мионен колайдер, който използва миони при много високи енергии.

Предвидената конструкция вероятно да се реализира на два етапа: първи етап — сблъсъци между електрони и позитрони за създаване на „фабрика“ за Хигс бозони, и втори етап — адронни сблъсъци при още по-високи енергии, с цел да се търсят границите на приложимост на стандартния модел.

В рамките на ALICE учените планират да проверят дали и хелият се образува по аналогичен механизъм като деутерона. Дългосрочната цел остава да се открие граница на приложимост на настоящия стандартен модел и възможните явления извън него.