БАК помнит первые мгновенья: новости из мира физики элементарных частиц

Что нового узнали в ЦЕРНе с помощью Большого адронного коллайдера? Почему физики из Беркли уверены, что через пару десятков лет наука сможет обходиться без мощных ускорителей? Что такое поляроны и сколько они живут? Новости из мира физики элементарных частиц за последние полгода — в обзоре Романа Залотухи.

Сгусток Вселенной

В рамках эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере группа ученых, в которую, кстати, входили представители Петербургского института ядерной физики, провела несколько работ по кварк-глюонной плазме (КГП). Считается, что в этом фазовом состоянии пребывало вещество Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва. Чтобы получить сгусток КГП, на ускорителе сталкивают тяжелые ионы сверхвысоких энергий. Живет этот сгусток чрезвычайно короткое время, и анализировать его можно лишь по остаточным явлениям, сравнивая наблюдения с модельными расчетами.

Коллаборация ALICE изучала факторы ядерной модификации КГП с помощью тяжелых адронов. В первой работе сталкивали ядра ксенона, во второй — свинца. Ученые отследили этапы эволюции образовавшейся системы. Эти результаты очень важны для теоретического описания КГП.

Компьютер вместо коллайдера

В Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (США) на квантовом компьютере IBM Q смоделировали процессы, протекающие при столкновении частиц в БАКе. Небольшие расхождения в результатах реальных экспериментов и моделирования ученые объясняют тем, что IBM Q не хватило кубитов (нужно было не 20, а 48), поэтому возникали шумы. Физики считают, что через 10–30 лет эта проблема должна быть решена, и необходимость в строительстве больших и дорогих коллайдеров отпадет — для исследований в области субатомной физики нужно будет «строить» только квантовые компьютеры.

Возмутители диэлектриков

Мощный квантовый компьютер не создать без точных данных о процессах в квантовом мире. Ученые Принстонского университета (США) за это и взялись. Недавно они обнаружили, что квантовые колебания могут происходить не только в металлических материалах, как считалось ранее, но и в материалах-диэлектриках. Это заключение не соответствует ни одной современной научной теории, поэтому физики сделали вывод, что источником квантовых колебаний в опытах с диэлектриками были не электроны, а квантовые частицы нового типа, которые являются нейтральными и предположительно относятся к семейству фермионов. В Принстоне проводили исследования на дителлуриде вольфрама. Измеряя удельное сопротивление монослоя под воздействием магнитного поля, ученые и нашли признаки квантовых колебаний.

Откуда лучи?

В Обсерватории Пьера Оже в Аргентине с беспрецедентной точностью измерили энергию потоков субатомных частиц, движущихся в космическом пространстве со скоростью, близкой к скорости света. Обнаружен неожиданный излом в энергетическом спектре. Это открытие позволит разобраться в природе космических лучей.

«С тех пор как 100 лет назад были открыты космические лучи, мы ищем ответ на вопрос: что их ускоряет? — говорит Фрэнк Шредер, участник исследования, доцент факультета физики и астрономии Университета штата Вашингтон. — Из предыдущих исследований мы знаем, что ускоритель не в нашей галактике. Измерения в Обсерватории Пьера Оже подсказывают, что еще можно исключить. Дополнительный анализ может подтвердить наши более ранние предположения о том, что космические лучи — это не только протоны водорода, но и смесь ядер более тяжелых элементов, и этот состав изменяется с изменением энергии». Выводы ученых основаны на анализе 215,03 тыс. событий, зарегистрированных за последние 10 лет в Обсерватории ­Пьера Оже.

Поляроны под наблюдением

В Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета (США) впервые в истории отследили процесс возникновения и формирования поляронов, а также измерили их основные характеристики. Поляроны — это деформации кристаллической решетки, которые возникают вокруг движущихся свободных электронов и исчезают через триллионные доли секунды. Несмотря на такую короткую жизнь, эти деформации гипотетически могут менять свойства материалов.

Поляроны изучали в кристаллах перовскита — прозрачного материала, синтезированного в лаборатории Стэнфорда. Для наблюдений использовали самый мощный в мире рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS. Он способен обеспечить съемку внутри материалов практически с атомарной разрешающей способностью и запечатлеть движения атомов.