Българско участие в ALICE обяснява формирането на леки ядра

Д-р Димитър Михайлов от Физическия факултет на СУ „Св. Св. Климент Охридски“ представи в предаването „Футуризъм“ с водещ Антон Груев резултатите от изследване с българско участие в експеримента ALICE в ЦЕРН. Изследването хвърля светлина върху начина, по който при екстремни температури и за много кратки времена в колайдера се формират протони, неутрони и леки ядра.

Какво е установено

В ALICE се пресъздават условия, близки до тези в първите мигове след Големия взрив — около микросекунда след него. При сблъсъци между протони или тежки йони възниква кварк-глуонна плазма, от която след изстиване произлизат градивните частици на ядрата. Дълго време оставаше неясно как при температури от порядъка на трилиони градуси могат да се появят устойчиви комплекси като деутерона, които би трябвало да се разпаднат в такива условия.

Анализът на корелациите между продукцията на частици показал, че съществува механизъм, който забавя формирането на леки ядра. Ключов фактор се оказва ролята на резонансите, най-вече т.нар. делта резонанс — краткотрайна, нестабилна възбуждана състояние, което обаче живее достатъчно дълго, за да напусне най-горещата зона и да се разпадне в по-благоприятни условия. При този разпад се образуват протони и неутрони, които могат бързо да се свържат и да формират деутерон, достигащ до детекторите.

Значение за космическите изследвания и тъмната материя

Откритието дава обяснение за наблюдението, че във високоенергийните космически лъчи има повече тежки елементи, отколкото би могло да се очаква без такъв механизъм на забавяне. Това подобрява разбирането за произхода на някои елементи, регистрирани в космически експерименти.

Друго важно приложение е в изследванията на тъмната материя. Тя съставлява около 85% от материята във Вселената, но я познаваме единствено чрез гравитационните ѝ ефекти. За да търсим сигнали от тъмна материя в космически античастици, е критично да прогнозираме фона — включително очакваното количество антидеутерони, които могат да се появят от стандартни астрофизични процеси. Резултатите от ALICE помагат да се уточни колко антиматерия трябва да се очаква, което подобрява способността да се различи евентуален сигнал от тъмна материя.

Д-р Михайлов отбеляза и философския аспект: разбирайки механизмите, които довеждат до превес на материята над антиматерията, добиваме по-добра представа за това защо съществува наблюдаваният свят.

Бъдещи ускорители и планове за ALICE

В статията се споменава идеята за бъдещ кръгов ускорител с тунел дълъг 90,7 км, чиято експлоатация би могла да започне през 2047 г., но проектът все още е в етап на проучване. Обсъждат се различни варианти, включително и мионен колайдер, който използва миони за постигане на много високи енергии и чести сблъсъци. Предвижда се най-вероятно двуфазова експлоатация: първо сблъсъци между електрони и позитрони за създаване на фабрика за Хигс бозони, а след това адронни сблъсъци при енергии, по-високи от досегашните лабораторни постижения.

Михайлов подчерта, че търсенето на по-големи колайдери се дължи на нуждата от по-високи енергии, които позволяват да се създадат и регистрират по-тежки и по-редки частици. Това е начин да се търсят границите на приложимост на Стандартния модел.

Следващи стъпки в ALICE

Екипът планира да провери дали хелият се образува по сходен механизъм като деутерона. Дългосрочната цел остава да се намерят възможни ограничения на Стандартния модел — области, в които настоящата теория вече не описва наблюдаваното поведение на елементарните частици.

Тези резултати и посоката на бъдещите изследвания бяха обсъдени в предаването „Футуризъм“ и илюстрират как лабораторните експерименти при екстремни условия допринасят за разбирането на процеси, важни за космологията и космическите наблюдения.