Техника-молодежи №11 2000 г
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

В предыдущих номерах «ТМ» неоднократно рассказывалось о проводимых в США экспериментах с целью воссоздания в лабораторных условиях Большого взрыва, с которого, как предполагается, началась наша Вселенная. В этом смелом, и, возможно, рискованном эксперименте принимали участие физики из 20 стран, среди которых были и представители России. С одним из них - кандидатом физико-математических наук, доцентом МИФИ В.М. ЕМЕЛЬЯНОВЫМ беседует студентка этого же института Элеонора АЛЕКСАНДРОВА.

Кварк-глюонная плазма

- Валерий Михайлович, чем интересна установка, на которой проводятся эксперименты?

- В 60 милях от Нью-Йорка, на острове Лонг-Айленд, был построен ускоритель RHIC - Relativistic Heavy Ion Collider - коллайдер на тяжелых релятивистских ионах. «Тяжелых» - поскольку уже в этом году он начал работать с пучками ядер атомов золота.

«Релятивистских» - тоже понятно, речь идет о скоростях, при которых во всей красе проявляются эффекты специальной теории относительности.

А «коллайдером» (от collide - сталкиваться) он называется потому, что в его кольце происходит столкновение встречных пучков ядер. Кстати, в нашей стране ускорителей такого типа нет...

Энергия, которая приходится на один нуклон, составляет 100 ГэВ. Это очень много - почти вдвое больше ранее достигнутого. Первое физическое столкновение было зафиксировано 25 июня 2000 г.

- И какова цель работ?

- Попытаться зарегистрировать новое состояние ядерного вещества - кварк-глюонную плазму. Известно, что протоны и нейтроны состоят из кварков и переносчиков взаимодействия между ними - глюонов.
Ускоритель - своего рода «фотовспышка", а «фотоаппаратами» служат различные детекторы. На рисунке - один из самых больших и «информативных» детекторов Лонг-Айлендского коллайдера - STAR, на котором работали и представители России. Цифрами обозначены: 1 - платформы для электронного оборудования; 2 - охлаждение; 3 - магнит; 4 - регистратор треков короткоживущих частиц (д-мезонов); 5 - фотонный калориметр; 6 - регистратор треков заряженных частиц (пи- и к-мезонов, протонов и антипротонов); 7 - детектор частиц с большими поперечными импульсами; 8 - регистратор высокоскоростных частиц.

В обычных ядрах кварки и глюоны, скажем так, разделены по отдельным «сгусткам» - нуклонам, то есть протонам и нейтронам.

Но есть надежда, что если сжать ядра (в идеале - ОДНО ядро) очень сильно, то кварки и глюоны как бы обобщатся, смогут распространиться по всему ядру, плюс установится их термодинамическое равно весие, и получится новое состояние ядерного вещества - кварк-глюонная плазма.

Тогда все происходящее может быть описано не на - условно говоря - языке протонов и нейтронов, а уже на языке их составляющих, на более глубоком уровне.

Правда, такое состояние сохраняется очень недолго - примерно 10-23 с, но при этом образуется большое количество частиц. Иначе говоря, если кварк-глюонная плазма возникнет, то выделяется много фотонов, пептонов, пи-мезонов, антипротонов и т.д.

Вот по их спектрам и определяется искомое.

-Как?

- Задача очень сложна, а математически - вообще некорректна: одно и то же фиксируемое распределение вторичных частиц по импульсам и скоростям может иметь совершенно разные причины.

И только при детальном эксперименте, в котором задействована масса детекторов: калориметры, датчики множественности заряженных частиц, счетчики, регистрирующие переходное излучение, и т.п., есть надежда зарегистрировать тончайшие отличия, присущие именно кварк-глюонной плазме.

Механизм взаимодействия ядер при столь больших энергиях интересен сам по себе, но куда важнее, что впервые в лабораторных условиях мы можем исследовать зарождение нашей Вселенной.

Ведь, согласно современной теории Большого Взрыва, на определенной стадии были лишь кварки, антикварки и глюоны, которые потом собрались в наблюдаемые адроны, пи-мезоны, протоны и т.д.

- То есть первична была именно кварк-глюонная плазма, в экспериментах же у вас все идет наоборот...

- Ну, в физике нередко можно поменять в выведенной формуле «плюс» на «минус» и получить адекватное описание обратного процесса.

Хотелось бы, конечно, четко разделить переходы: сначала из адронной фазы в кварк-глюонную, потом - обратно, и исследовать уже полный аналог процессов ранней Вселенной. Но пока...

Мы же, повторяю, фиксируем не сам переход, а вторичные частицы, излученные при этом.

Дальше работают уже не приборы, а мозги: какая теория наиболее полно объяснит наблюдаемое?

- А почему встал вопрос об опасности опытов?

- Чисто теоретически, из самых общих соображений, - он обоснован. Но многочисленные спекуляции на эту тему - элементарная научная неграмотность.

Например, в США при обсуждении проекта один из школьных учителей заявил, что в процессе эволюции получаемых состояний вещества могут образовываться черные дыры, которые как бы втягивают в себя, «пожирают» все окружающее.

Ну и было высказано опасение, а не возникнут ли в результате работы ускорителя объекты, способные вызвать глобальный катаклизм?

Этот вопрос очень активно муссировался в прессе, такие солидные издания, как «Нью-Йорк Тайме», английская «Сан» и многие другие пространно писали о том, насколько можно исключить подобное развитие событий.

Общественное мнение было взбудоражено, потребовались дополнительные исследования. Доходило даже до демонстраций «зеленых», будто на Лонг-Айленде готовили нечто, способное уничтожить и США, и всю планету в целом.

-А на самом деле?

- Вообще-то, в физике сегодня нет абсолютных запретов. Любое событие может произойти, но с разной вероятностью. Допустим, молекулы воздуха в этой комнате в результате своего хаотического движения могут собраться в одной ее половине, а в другой - мы погибнем от удушья.

Вероятность такого события не нулевая, ее даже достаточно просто подсчитать, пользуясь методами термодинамики, - но настолько мизерна, что совершенно не тревожит нас с вами.

Катастрофическое развитие обсуждаемых экспериментов не более вероятно, чем приведенный пример. А ведь дошло уже до смешного. Один корреспондент из «Нью-Йорк Тайме» даже усмотрел временную корреляцию работы ускорителя с чрезвычайными происшествиями.

Дело в том, что недалеко от него (в 30 км) расположен местный аэропорт Ла-Гуардия, и именно с него в июле 1999 г. вылетел самолет, на котором погиб сын Джона Кеннеди.

Эту катастрофу попытались увязать со включением коллайдера. Но в дальнейшем таких кореляций не наблюдалось: уже три месяца ускоритель работал, и ничего не было замечено.

- В чем конкретно выражается участие российских ученых?

- Мы принимали участие в четырех экспериментах. В частности, представители МИФИ работали на крупнейших установках STAR и PHENIX. STAR - от слов «соленоидальный трекер на ускорителе релятивистских тяжелых ионов», причем ионов, напомню, золота.

Кварк-глюонную плазму здесь можно уловить «в адронном канале», регистрируя пи- и к-мезоны, протоны и нейтроны. PHENIX - от слов «фотон», «электрон».

Его «добыча» - фотоны, фотонные пары, одиночные электроны и электрон-позитронные пары. Российская группа минувшим летом непосредственно участвовала в эксперименте, мы дежурили на ускорителе, снимали данные.

Сейчас обрабатываем результаты с целью обнаружить сигналы кварк-глюонной плазмы.

- А почему пригласили вас?

- Потому, что мы занимались этими вопросами задолго до строительства Лонг-Айлендского комплекса. Этот эксперимент готовился в течение 10 лет, и его теоретический базис был заложен советскими физиками.

В СССР впервые о кварк-глюонной плазме и о том, что ее можно регистрировать, еще в 1970-х гг. в ФИАНе имени П.Н. Лебедева говорил академик Евгений Львович Фейнберг.

Кроме представителей МИФИ, в работах участвуют ученые из Института физики высоких энергий в Протвино и Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

Да, у них тоже есть ускорители, мощные, заслуженные, но... Один только детектор STAR обошелся в 50 млн долл., и это, в основном, американские деньги.

(А пуски в тех же Дубне или Протвино в советские времена проводились только по ночам, поскольку на них подавалась чуть не вся электроэнергия не только Московской, но и соседних областей.

Представьте, как это может выглядеть сейчас! - Ред.)

Вообще, фундаментальная наука не может не быть интернациональной. На RHIC сейчас, кроме наших, работают 350 физиков из Германии, Франции, Польши, Бразилии, из 25 университетов США.

Там передний край не американской или европейской, а МИРОВОЙ научной и технической мысли.

- А как американцы относятся к вам?

- Можно, я на этот вопрос не отвечу?..

- Будут ли российские ученые (и конкретно - вы) и дальше участвовать в исследованиях на RHIC?

- Да, продолжение экспериментов запланировно на 2007 г.


на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу