Физики нашли способ изучать внутренность атома с помощью моментов, когда частицы пролетают мимо друг друга, едва не задев. Раньше такие события интереса не вызывали. Теперь они превратились в точнейший инструмент исследования. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Внутри каждого атома кипит невидимая жизнь. Протоны и нейтроны — те самые «кирпичики», из которых сложено ядро, — состоят из еще более мелких частиц, кварков. Удерживают их вместе особые посредники — глюоны, названные так от английского слова клей. Они отвечают за одну из фундаментальных сил природы, что не дает ядру атома разлететься в стороны. Как глюоны ведут себя при экстремальных условиях, физики пытаются понять давно, но подобраться к ним было крайне сложно.
Команда MIT под руководством Джан Микеле Инноченти обратила внимание на то, что происходит, когда пучки частиц в Большом адронном коллайдере, гигантском подземном ускорителе длиной 27 км на границе Швейцарии и Франции, проносятся мимо друг друга. Быстро летящие частицы окружены мощными электромагнитными полями, которые порождают вспышки света — фотоны. Эти фотоны порой ударяют в соседнее атомное ядро, как камень, брошенный в воду. Такое событие называется фотоядерным взаимодействием. Оно очень редкое и раньше считалось просто помехой, от которой избавлялись при обработке данных.
Исследователи поступили ровно наоборот. Они написали алгоритм, который в режиме реального времени просматривал миллиарды зафиксированных событий в детекторе CMS, одном из крупнейших приборов коллайдера весом около 14 тыс. т, и выискивал редкие случаи, когда такой удар фотона рождал особую частицу, D0-мезон. Она возникает только при огромных энергиях и поэтому служит отличным индикатором того, что творится в глубине ядра. Чтобы набрать несколько сотен подобных событий, пришлось перебрать десятки миллиардов обычных столкновений, все равно что искать несколько конкретных песчинок на пляже.
По тому, под какими углами и с какой энергией разлетались рожденные частицы, команда восстановила картину распределения глюонов внутри ядра. Выяснилось, что при очень высоких скоростях и плотной упаковке ядерной материи глюоны начинают вести себя неожиданно. Если в дальнейших экспериментах удастся поймать отклонения от существующих теорий, получится совершить прорыв в физике. А это, пожалуй, главная мечта любого ученого, который посвятил жизнь изучению того, из чего сделан мир.
Ранее мы писали о том, что США запускают новый формат реакторов с атомами без электричества.
