Физики из японского научно-исследовательского института физико-химических исследований RIKEN (Rikagaku Kenkyusho) и их коллеги из других научных центров по всему миру готовятся воссоздать таинственную фазу материи, обнаруженную в ранней Вселенной, в лабораторных экспериментах.
Согласно теоретическому анализу, эти эксперименты также могут производить самые сильные электромагнитные поля в мире, что позволит исследовать новые явления.
Стандартная модель физики элементарных частиц предполагает, что при сжатии чрезвычайно горячей материи в сверхплотный объект образуется плазма, состоящая из субатомных частиц, известных как кварки и глюоны. Однако для подтверждения этого необходимы эксперименты.
«Существуют огромные теоретические неопределённости, особенно при сверхвысоких плотностях. Эксперименты крайне необходимы для изучения этой экстремальной формы материи», — отмечает Хидетоши Тая из Междисциплинарной теоретической и математической научной программы RIKEN.
В этих экспериментах физики сталкиваются друг с другом тяжёлые ионы, а затем исследуют образующуюся плазму. В последнее время несколько экспериментов по всему миру сместили фокус на промежуточные энергии, которые будут создавать плазму высокой плотности.
«Это крайне важно для понимания нашего происхождения, поскольку такие экстремальные условия существовали в ранней Вселенной, нейтронных звёздах и сверхновых», — объясняет Тая.
Тая уже изучал интенсивные лазеры и сильные электромагнитные поля, которые они производят. Он понял, что похожие — но гораздо более сильные — поля могут быть созданы как неожиданный «побочный продукт» этих экспериментов по столкновению. Такая возможность заманчива, поскольку физики подозревают, что сверхсильные поля создадут новые физические явления.
Однако до сих пор физикам не удавалось создать поля, достаточно сильные, чтобы проверить эту возможность. «Мощный лазер эквивалентен примерно ста триллионам светодиодов. Но даже эти лазеры слабы по сравнению с полями, необходимыми для создания этих новых физических эффектов сильного поля», — говорит Тая. Тая и его коллеги провели теоретический анализ этих сверхсильных полей. Исследование опубликовано в журнале Physical Review C.
«Мы продемонстрировали, что электрические поля, которые достаточно сильны и долговечны, чтобы исследовать физику сильных полей, которую невозможно получить с помощью других экспериментов, могут быть получены в столкновениях тяжёлых ионов средней энергии», — говорит Тая.
Однако физики не смогут напрямую измерить создаваемое поле и таким образом подтвердить анализ в запланированных экспериментах по столкновению — они смогут только измерить частицы, создаваемые столкновением, и их свойства. «Чтобы действительно проверить наше предсказание, важно понять, как сильные электромагнитные поля влияют на наблюдаемые частицы. В настоящее время мы работаем над этим», — заключает Тая.