В настоящее время проводятся эксперименты по воссозданию условий в центре нейтронных звезд, таких как этот, обнаруженный рентгеновской обсерваторией Chandra NASA и Очень большим телескопом Европейской южной обсерватории в Чили. Источник: рентгеновские лучи (NASA/CXC/ESO/F.Vogt et al); оптические лучи (ESO/VLT/MUSE и NASA/STScI)
Лабораторные эксперименты по всему миру, которые готовятся воссоздать таинственную фазу материи, обнаруженную в ранней Вселенной, также могут производить самые сильные электромагнитные поля в мире, согласно теоретическому анализу физика RIKEN и двух его коллег. Этот неожиданный бонус может позволить физикам исследовать совершенно новые явления.
Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, когда чрезвычайно горячая материя сжимается в сверхплотный объект, она образует плазму, состоящую из субатомных частиц, известных как кварки и глюоны. Но необходимы эксперименты, чтобы подтвердить, так ли это.
«Хотя такие ожидания существуют, существуют огромные теоретические неопределенности, особенно при сверхвысоких плотностях», — отмечает Хидетоши Тая из Междисциплинарной теоретической и математической программы RIKEN. «Таким образом, эксперименты крайне необходимы для изучения этой экстремальной формы материи».
В этих экспериментах физики сталкиваются друг с другом тяжелые ионы (заряженные атомы), а затем изучают созданную плазму.
В предыдущие десятилетия такие испытания в основном использовали высокие энергии для создания высоких температур. Однако в последнее время несколько экспериментов по всему миру смещают фокус на промежуточные энергии, которые будут создавать плазму высокой плотности.
«Это крайне важно для понимания нашего происхождения, поскольку такие экстремальные условия реализуются в ранней Вселенной, нейтронных звездах и взрывающихся звездах, называемых сверхновыми», — объясняет Тая.
Тая уже изучал интенсивные лазеры и сильные электромагнитные поля, которые они создают. Он понял, что похожие — но гораздо более сильные — поля могут быть созданы как неожиданный побочный продукт этих экспериментов по столкновению. Эта возможность соблазнительна, поскольку физики подозревают, что такие сверхсильные поля создадут новые физические явления.
Но до сих пор физикам не удавалось генерировать поля, которые были бы достаточно сильны, чтобы проверить эту возможность.
«Интенсивный лазер эквивалентен примерно ста триллионам светодиодов», — говорит Тая. «Но даже эти лазеры слабы по сравнению с полями, необходимыми для создания этих новых физических эффектов сильного поля».
Тая и его коллеги теперь 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, — к которой нельзя приблизиться с помощью других экспериментов, — могут быть получены в столкновениях тяжелых ионов промежуточной энергии», — говорит Тая.
Однако физики не смогут напрямую измерить созданное поле и, таким образом, подтвердить анализ Тая в запланированных экспериментах по столкновениям — они смогут только измерить частицы, полученные в результате столкновения, и их свойства.
«Чтобы действительно проверить наше предсказание, крайне важно понять, как сильные электромагнитные поля влияют на наблюдаемые частицы», — говорит Тая. «В настоящее время мы работаем над этим».
Дополнительная информация: Хидетоши Тая и др., Оценка электрического поля в столкновениях тяжелых ионов промежуточной энергии, Physical Review C (2024). DOI: 10.1103/PhysRevC.110.014901
Информация о журнале: Physical Review C
Предоставлено RIKEN
