Експериментът ALICE в ЦЕРН се фокусира върху кварките – градивните елементи, от които се изграждат протоните и неутроните. Наскоро изследователски екип с българско участие постигна важно откритие, свързано със сблъсък на частици в екстремни температури и изключително кратки времеви мащаби, в което за кратко време се създава ново състояние на материята. При него впоследствие кварките се образуват в протони, неутрони и леки ядра. Това откритие позволява да се проследи образуването на по-тежки елементи във високоенергийните космически лъчи и е важно за изследванията на тъмната материя, която съставлява около 85% от материята във Вселената. Темата коментира д-р Димитър Михайлов от Физическия факултет при СУ „Св. Св. Климент Охридски“, в предаването „Футуризъм“ с водещ Антон Груев.

Д-р Михайлов е част от експеримента ALICE в ЦЕРН и работи с Големия адронен колайдер, който дава възможност за изследване и тестване на стандартния модел на физиката на елементарните частици, които изграждат материята.

„Експериментът ALICE, в който участвам и аз, се занимава с изучаването на материята при екстремни условия, близки до тези непосредствено след Големия взрив – около микросекунда след него.“

Откритието: как се образуват леките ядра

Гостът обясни, че високоенергийните сблъсъци в колайдера – между протони или тежки йони – за изключително кратко време се създава ново състояние на материята наречено кварк-глуонна плазма, от която в впоследствие се създават протоните, неутроните и леките ядра.

Той подчерта, че дълго време е било загадка как се образуват леките ядра, като деутерона, при температури от порядъка на трилиони градуси, който би трябвало да се разпадне.

„Нашата хипотеза беше, че съществува механизъм, който позволява деутеронът да се формира с известно закъснение, след като частиците напуснат най-горещата зона. Чрез анализ на корелациите между частиците установихме, че резонансите, позволяват забавяне на процеса на образуване, така че леките ядра да се формират в по-благоприятни условия.“

Д-р Михайлов обясни, ключова роля играе т.нар. делта резонанс – нестабилна частица с достатъчно дълъг живот, за да напусне най-горещата област и да се разпадне в по-благоприятни условия. При този разпад се образуват протони или неутрони, които могат бързо да се свържат помежду си и да формират деутерон, достигащ впоследствие до детекторите.

Значението на откритието за космическите изследвания

Събеседникът разказа, че този пробив позволява обяснението на феномена: при  високоенергийните космически лъчи се наблюдават повече тежки елементи, отколкото учените очакват без да е ясно как са се образували. Откритието е важно и за изследванията на тъмната материя. Тя съставлява около 85% от материята във Вселената, но я познаваме само чрез гравитационното ѝ въздействие.

„Ключовото е, че трябва да знаем колко антиматерия можем да очакваме. През нашето откритие не само доказваме как се сформира деутеронът, а и антидеутеронът, неговата античастица. Това може много да помогне за по-добри изчисление на очакваното количество антидеутерон в тези експерименти на Международната космическата станция.“

Според Михайлов, „ако нямаше този дисбаланс, вероятно материята и антиматерията щяха да се унищожат взаимно и въобще нямаше да имаме този интересен свят в който живеем. За това е толкова важно да разберем практически откъде и как сме дошли.“

Бъдещите ускорители

В бъдеще ЦЕРН предвижда изграждане на бъдещ кръгов ускорител – тунел с дължина от 90,7 км, който може да започне работа през 2047 г. Димитър Михайлов обаче съобщи, че този проект е все в етап на проучване и се обсъждат различни варианти, включително мионен колайдер, които работят с миони – елементарни частици с много висока енергия и изключително чести сблъсъци.

„Ако бъде реализиран, бъдещият кръгов ускорител вероятно ще има два етапа – първо сблъсъци между електрони и позитрони, което ще доведе до създаване на фабрика за Хигс бозони, а след това адронни сблъсъци при още по-високи енергии, до момента непостигани в лабораторна среда и да намерим границите на въпросния стандартен модел.“

Според госта нуждата от по-големи колайдери нараства, защото колкото по-висока енергия на сблъсък има, толкова по-тежки частици ще могат да създават и отчитат. „Колкото повече енергия или по-висока скорост имаме, толкова е по-трудно да останем на пътя. В един момент ще изхвърчим. Същото важи и за елементарните частици“, заяви той.

Какво предстои в ALICE

Надяваме се да проверим дали хелият се образува по сходен механизъм, както деутеронът, коментира Михайлов. А целта в дългосрочен план е да се разбере границите на стандартния модел.

„Това означава, че този модел трябва да има някаква граница на своята приложимост, която все още не сме намерили в света на елементарните частици. И това се надяваме в бъдеще да се случи.“

В предаването вижте също:

• Микрогравитацията променя еволюцията на бактерии и вируси в космоса: експеримент на МКС показва по-бавни инфекции и уникални мутации в орбита.
• НАСА изстреля телескопа „Пандора“ за по-точно изследване на екзопланети: мисията ще работи с James Webb за премахване на звездния шум при търсене на следи от живот.
• Психиатри предупреждават за риск от „AI психоза“ при уязвими хора: генеративният изкуствен интелект може да засилва психотични симптоми, без да е пряка причина.
• 3D печатът навлиза в ерата на „програмираните“ метали: нов метод позволява контрол на атомната структура и свойствата на сплавите по време на принтиране.

Гледайте целия разговор във видеото.

Всички гости на предаването "Футуризъм" може да гледате тук.

Още по темата

Ново откритие в ЦЕРН може да разреши една от големите загадки на Вселената

Експерти от ЦЕРН и Силициевата долина пристигат в София за Fusion Future Conference

Проф. Литов, ЦЕРН: Опипваме границите на познатото, за да разгадаем "тъмната материя"