[Dimo4ka]

Эксперимент ALICE на Большом Адронном Коллайдере в CERN направлен на исследование первичного состояния материи, которое существовало в первые мгновения жизни Вселенной.
В течение 20-го века было накоплено достаточно подтверждений и доказательств того факта, что наша Вселенная и все, что она содержит, произошло от изначального Большого Взрыва (Big Bang). Дальнейшее расширение и охлаждение Вселенной дало начало материи, из которой сформировались все структуры, наблюдаемые нами сейчас, от атома до галактик.
В течение первых мгновений после Большого взрыва первичная материя прошла через состояние, известное какая Кварк-Глюонная Плазма (КГП) – очень горячая и плотная смесь частиц, названных кварками и глюонами. Затем, через 10 микросекунд после Большого Взрыва, КГП “замерзла” и образовала протоны и нейтроны, из которых состоят ядра атомов. На сегодняшний день кварки и глюоны остаются заключенными внутри протонов и нейтронов. Как бы то ни было, материя, сходная с КГП, может существовать в центре нейтронных звезд, плотность которых так велика, что булавочная головка такого вещества содержит больше материи, чем Великая Пирамида в Египте.
Ученые, работающие над экспериментом ALICE, будут использовать ускоритель частиц высоких энергий в CERN, так называемый Большой Адронный Коллайдер, чтобы создать КГП в лабораторных условиях, путем столкновения пучков тяжелых ядер. Столкновение сожмет и нагреет протоны и нейтроны в ядрах, чтобы заставить их “расплавиться” обратно в КГП. Чем тяжелее сталкивающиеся ядра и чем больше их энергия, тем выше шансы образования КГП. Вот почему ученные ALICE выбрали свинец, один из самых широко распространенных тяжелых элементов с 208 протонами и нейтронами. В программу ALICE также включены и эксперименты с более легкими ядрами.

Рис. 3. Столкновение двух релятивистских ядер

На рис. 3 показано столкновение двух ядер (они на рисунке выглядят не как сферы, а в виде плоских дисков, приобретя такую форму за счет лоренцева сжатия). Теория предсказывает, что переход к состоянию кварк-глюонной плазмы наступит по достижении плотности энергии ~2 ГэВ/Фм3. Для сравнения, плотность энергии в нормальном ядре 0.17 ГэВ/Фм3. При превышении нормальной ядерной плотности больше, чем в 10 раз может наступить фазовый переход в состояние кварк-глюонной плазмы. Последняя отличается от нормальной материи тем, что кварки и глюоны в ней являются свободными (тогда как в нормальной материи имеет место явление конфайнмента, т.е. ни кварки, ни глюоны свободно не существуют).
Ядра на подлёте друг к другу. Из-за огромных скоростей, близких к световым, происходит их лоренцево сжатие в продольном направлении, и поэтому они выглядят как плоские диски.
Начальная фаза столкновения. Происходят жёсткие столкновения, создаётся огненный сгусток экстремально возбуждённой материи. При условии, что превышена критическая плотность энергии (> 2 ГэВ/Фм3) или, другими словами, превышена критическая температура (200 МэВ), происходит фазовый переход в кварк-глюонную плазму. Из сгустка вылетают только фотоны, для которых длина свободного пробега много больше размеров сгустка.
Расширение и охлаждение сгустка. При понижении температуры до критической происходит обратный переход из кварк-глюонной плазмы в обычную адронную материю. На всех этапах этой эволюции продолжают вылетать рождающиеся фотоны. Адроны, имеющие длину свободного пробега значительно меньше размеров сгустка, испытывают перерассеяния и меняют свои характеристики в ходе эволюции сгустка.
Завершающая фаза эволюции сгустка: размеры сгустка становятся больше длины свободного пробега для сильного взаимодействия. Все взаимодействия прекращаются, характеристики адронов больше не меняются (состояние системы "замораживается"). Начинается разлёт адронов (часть из них или продукты их распадов попадают детекторы)
История Кварк-Глюонной Плазмы