Йоктосекунды: 2. Столкновение тяжелых ядер

Стадии, через которые проходит материя при столкновении двух ядер очень большой энергии

Стадии, через которые проходит материя при столкновении двух ядер очень большой энергии. Вся эта череда превращений разворачивается на масштабах в йоктосекунды

Пожалуй, самым интересным явлением, которое попадает в йоктосекундный интервал, является столкновение лоб в лоб двух тяжелых ядер большой энергии. Как показали эксперименты на специальных коллайдерах тяжелых ионов, такое столкновение протекает в несколько этапов, и за времена порядка йоктосекунд ядерная материя испытывает необычные превращения.

Начинается всё с того, что после первоначального прохождения ядер друг сквозь друга их внутренности нарушаются. На это уходят доли йоктосекунды. Заметьте, это время получается даже меньше, чем опорный масштаб времени, полученный на прошлой страничке! Противоречия здесь нет: так получается потому, что при околосветовых скоростях продольные длины тел сокращаются с нашей, лабораторной точки зрения. Ядра становятся этакими тонкими и плоскими «блинами» ядерной материи, которые плашмя сталкиваются друг с другом.

Далее, в пространстве между пролетевшими ядрами возникает сложное состояние поля, которое даже и материей пока нельзя назвать. Это промежуточное состояние вещества, вокруг которого физики до сих пор ведут дебаты, называется глазма. Кстати, и первоначальное состояние ядерной материи до столкновения тоже является предметом активного обсуждения, и в рамках одной широко распространенной модели оно называется красивым термином «конденсат цветового стекла».

Спустя десяток йоктосекунд глазма превращается в кварк-глюонную плазму — сверхгорячую жидкость, состоящую из кварков и глюонов. Почувствуйте, насколько необычна эта материя! В этом состоянии нет ни атомов, ни ядер, ни даже отдельных протонов и нейтронов — они при таких температурах (а это триллионы градусов) просто плавятся. Есть просто «бульон» из их «исходников». А уже затем, спустя несколько десятков йоктосекунд, кварк-глюонная плазма остывает и начинает превращаться в протоны, нейтроны и многочисленные прочие адроны. После этого происходит обычный разлет рожденных частиц.

Изучение этого сверхкороткого, но насыщенного событиями процесса — одна из научных задач Большого адронного коллайдера. Чуть подробнее о ней можно прочитать на страничке, посвященной «ядерным задачам» коллайдера. Некоторые промежуточные итоги исследований описаны на страничке Результаты изучения ядерных столкновений.


6
Показать комментарии (6)
Свернуть комментарии (6)

  • worm2  | 17.03.2015 | 09:43 Ответить
    Интересно, а почему пишут о температурах кварк-глюонной плазмы "в триллионы градусов"?
    Ведь если перевести энергии в современных ускорителях (порядка 10^12 эв) в градусы (1 эв = 10^4 К), то получается 10^16 К, что больше на 4 порядка.
    Ответить
    • Игорь Иванов > worm2 | 17.03.2015 | 13:20 Ответить
      Потому что температура не равна энергии налетающих частиц. Вот когда в этом столкновении нарождаются новые частицы, когда они термализуются, вот тогда можно говорить о температуре. Даже в столкновении тяжелых ядер на LHC она составляет порядка 300 МэВ.
      Ответить
  • petrenko  | 01.06.2015 | 12:14 Ответить
    "Спустя десяток йоктосекунд" -- уточните пожалуйста, это в лабораторной системе отсчета или в системе одного из ядер? Если в лабораторной системе 10 ис, то в системе ядра в LHC ведь будет 10ис/3000, то есть гораздо меньше, чем время столкновения. Похоже тут какая-то путаница с системами отсчета.
    Ответить
    • Игорь Иванов > petrenko | 15.06.2015 | 00:18 Ответить
      Повторю ответ на ваш вопрос на другой страничке.

      Оценка масштаба времен в виде расстояния поделить на скорость света делается в системе центра инерции того процесса, который мы оцениваем. Если речь идет про столкновение ядер, то в сци этого столкновения. Нет смысла оценивать временные масштабы ядерных столкновений из системы отсчета одного ядра.

      Разумеется, тут есть и более тонкие вопросы, и там релятивистское замедление времени играет важную роль. Например, описание адронных столкновений на языке цветовых диполей, да и вообще вся картина партонных распределений, опирается на то, что поперечная динамика партонов в ультрарелятивистском протоне страшно замедлена в лабораторной системе отсчета. Поэтому в процессе адронных столкновений партоны-наблюдатели можно, в простейшем приближении, считать практически неподвижными. Поэтому в координатном представлении недиагональные матричные элементы можно класть равным нулю, опять же в простейшем приближении.

      Это всё интересно и заслуживает отдельного разговора. Но этот разговор уже — как минимум со старшекурсником или аспирантом. Он выходит за пределы целей этого проекта.
      Ответить
      • petrenko > Игорь Иванов | 15.06.2015 | 01:16 Ответить
        Спасибо за подробный ответ!
        Ответить
  • Yan_  | 24.09.2015 | 07:21 Ответить
    «…столкновение лоб в лоб двух тяжелых ядер большой энергии…».

    «..А уже затем, спустя несколько десятков йоктосекунд, кварк-глюонная плазма остывает и начинает превращаться в протоны, нейтроны и многочисленные прочие адроны….»

    Игорь, Вы о кварк-глюонной плазме, образовавшейся при столкновении двух ядер или большого количества тяжелых ядер (свинца?)? Если большого количества, то после остывания образуются те же протоны из тех же кварков, как исходные или как получится? По инф. из Википедии у протона время жизни почти бесконечное. Образовавшиеся при остывании кварк-глюонной плазмы протоны имеют такое же большое время жизни? Известно ли, куда они улетают, их дальнейшая судьба, способны ли они участвовать в образовании ядер свинца? например?
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»