Самые сильные магнитные поля во Вселенной и их влияние на кварк-глюонную плазму

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте себе, что вы можете не только создать магнитное поле, которое сильнее, чем у нейтронной звезды, но и измерить, как оно воздействует на самую необычную форму материи, которая существовала всего доли секунды после Большого взрыва. Звучит как научная фантастика, но это то, что делают физики на Релятивистском тяжелоионном коллайдере (RHIC) в Национальной лаборатории Брукхейвена в США.

RHIC — это ускоритель частиц, который сталкивает тяжелые атомные ядра, например, золото, на скорости, близкой к скорости света. В результате этих столкновений возникает кварк-глюонная плазма (QGP) — состояние материи, в котором кварки и глюоны, основные строительные блоки атомных ядер, освобождаются из своих связей и могут свободно перемещаться. QGP — это то, из чего состояла Вселенная в первые микросекунды ее существования, прежде чем она остыла и кварки и глюоны собрались в протоны, нейтроны и другие частицы.

Эскиз столкновения тяжелых ионов в лабораторной раме. Параметр удара и направление луча находятся вдоль  x  и  z  осей, соответственно. Тем  x − z  Плоскость называется реактивной плоскостью. Участвующие нуклоны в области перекрытия создают горячую и плотную среду кварк-глюонной плазмы. Ядерные осколки наблюдателя генерируют сильные электромагнитные поля.
Эскиз столкновения тяжелых ионов в лабораторной раме. Параметр удара и направление луча находятся вдоль x и z осей, соответственно. Тем x − z Плоскость называется реактивной плоскостью. Участвующие нуклоны в области перекрытия создают горячую и плотную среду кварк-глюонной плазмы. Ядерные осколки наблюдателя генерируют сильные электромагнитные поля.
Автор: M. I. Abdulhamid et al. (STAR Collaboration) Phys. Rev. X 14, 011028 Источник: journals.aps.org

Изучение QGP помогает ученым понять, как работает сильное взаимодействие — одна из четырех основных сил природы, которая держит вместе атомные ядра. Однако QGP — это очень неустойчивая и недоступная форма материи, которая существует всего доли секунды и требует огромных энергий для ее создания. Поэтому физики нуждаются в новых методах зондирования и измерения свойств QGP, чтобы раскрыть ее тайны.

Один из таких методов — это использование магнитных полей, которые возникают в нецентральных столкновениях тяжелых ионов. Нецентральные столкновения — это те, в которых ядра не попадают друг в друга в точности по центру, а скользят друг по другу, оставляя часть своих протонов и нейтронов неповрежденными. Эти быстро движущиеся заряженные частицы порождают мощные магнитные поля, которые, по оценкам, достигают 1018 гаусс — это на много порядков больше, чем у любого другого известного магнитного поля во Вселенной.

Схематический вид сверху (вдоль  y  axis) столкновения тяжелых ионов в лабораторной рамке. Пунктирные линии показывают движение кварков из-за расширения QGP. Черные (пурпурно-красные) изогнутые линии указывают на траектории, по которым кварки будут следовать только благодаря силе Лоренца (поле Кулона и поля Фарадея).
Схематический вид сверху (вдоль y axis) столкновения тяжелых ионов в лабораторной рамке. Пунктирные линии показывают движение кварков из-за расширения QGP. Черные (пурпурно-красные) изогнутые линии указывают на траектории, по которым кварки будут следовать только благодаря силе Лоренца (поле Кулона и поля Фарадея).
Автор: M. I. Abdulhamid et al. (STAR Collaboration) Phys. Rev. X 14, 011028 Источник: journals.aps.org

Но как измерить эти магнитные поля, которые длится меньше, чем миг? Ответ — посмотреть, как они взаимодействуют с QGP. Ученые из коллаборации STAR на RHIC обнаружили, что магнитные поля индуцируют электрический ток в QGP, который, в свою очередь, создает электромагнитное поле. Это электромагнитное поле влияет на движение заряженных частиц, выходящих из столкновений, отклоняя их в разные стороны в зависимости от их заряда. Этот эффект называется индукцией Фарадея и является первым прямым доказательством существования магнитных полей в QGP.

Измеряя степень отклонения заряженных частиц, ученые могут вычислить силу электромагнитного поля и электропроводность QGP. Электропроводность — это фундаментальное и важное свойство QGP, которое характеризует способность кварков и глюонов переносить электрический заряд. Это свойство может дать информацию о том, как свободны кварки и глюоны в QGP и как они взаимодействуют друг с другом. До сих пор никто не измерял электропроводность QGP, поэтому это открытие открывает новые возможности для исследования этой экзотической формы материи.

Кроме того, магнитные поля и электромагнитные свойства QGP могут играть роль в ответе на некоторые важные вопросы физики. Например, магнитные поля могут способствовать интересному разделению частиц по их «поворотности» или хиральности — свойству, которое определяет, как частица вращается относительно своего направления движения. Этот эффект, называемый хиральным магнитным эффектом, может объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Магнитные поля и электромагнитные свойства QGP также влияют на условия, при которых кварки и глюоны объединяются в адроны — составные частицы, такие как протоны и нейтроны. Это помогает ученым построить ядерную фазовую диаграмму, которая показывает, при какой температуре и плотности QGP переходит в обычную ядерную материю.

2 комментария

D
магнитные поля индуцируют электрический ток в QGP,

ныне есть некое другое описание электрического тока? где там электроны?
a
Электрический ток — это движение заряженных частиц. Хоть отрицательно, хоть положительно заряженных.
Самое интересное, что есть еще и нейтральные токи, но это уже из области «высшей физики».
Насчет переносящих электрический заряд глюонов, хотелось бы подробностей. В стандартной модели они электрически нейтральны и не взаимодействуют с фотонами (которые и есть электромагнитное поле).

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему в СССР не строили пассажирские двухэтажные вагоны, хотя они были ещё в Российской Империи

Двухэтажный пассажирский вагон сегодня воспринимается как обычное дело, в современной России такие составы отправились в рейсы с 2013 года. Однако сама идея компоновки вовсе не нова. Двухэтажные...

Почему у животных четное количество ног и у них не бывает трех или пяти конечностей

Почему у животных именно четное количество ног? Почему у собак четыре лапы, у насекомых шесть ног, а у пауков восемь? Почему природа избегает нечетного количества ног у своих «творений».

Зачем придумали дорожный знак с тремя людьми в машине и почему его почти не встретить

Представьте, что едете по Германии и замечаете необычный дорожный знак. На белом фоне нарисован чёрный автомобиль, а внутри три человеческих силуэта. Ни цифр, ни стрелок, ни привычных ограничений....

Magnavox Odyssey: зачем с первой игровой приставкой шли плёнки на телевизор

Представьте игровую приставку без процессора, программного обеспечения, звука и привычной графики. На экране телевизора светятся несколько прямоугольников и вертикальная линия. Цветная плёнка с...

Взлом Binance на $6 млрд, а также внезапная прибыльность Антропика: главное за неделю

Самые интересные новости финансов и технологий в России и мире за неделю: в крипте взломали сразу Binance, Polymarket и Trezor, РФ хочет ограничить зарубежный интернет-трафик...

Почему камера на 200 мегапикселей в смартфоне все еще снимает хуже старой зеркалки на 12 Мп

Маркетологи мобильных брендов обожают цифры. Сначала они гордились 48 мегапикселями, потом сотней, а теперь смартфоны козыряют датчиками на 200 Мп. Логика обывателя проста: чем больше цифра в...