, Источник: Известия

Космическое дело: физики узнали, что происходит в центре нейтронных звезд

Для этого впервые изучено взаимодействие между протонами и гиперонами — частицами, существующими миллиардную долю секунды.

Международная исследовательская группа, в которую входят ученые Курчатовского института и Объединенного института ядерных исследований, впервые изучила взаимодействие протонов и гиперонов — частиц, которые могут существовать только в составе нейтронных звезд. Специалисты поставили эксперимент на Большом адронном коллайдере и разработали особый метод для измерения силы взаимодействия частиц. Результаты помогли понять структуру нейтронных звезд.

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Алексей Майшев

Звезда родилась

Максимальная измеренная масса нейтронной звезды составляет две массы солнца при радиусе не более 15 км. Поэтому в центре нейтронной звезды огромная плотность — в несколько раз выше, чем у атомного ядра. Там могут происходить взаимодействия, для изучения которых на Земле нужно строить мощные ускорители, такие как Большой адронный коллайдер.

Использовав этот инструмент, международная группа ученых подтвердила одну из теорий о таких взаимодействиях. Специалисты провели эксперимент со стабильными и нестабильными частицами — протонами и гиперонами. Результаты работы опубликованы в научном журнале Nature.

Протон входит в состав атома ядра — это частица с относительно большой массой и положительным зарядом. Среднее время жизни протона в три с половиной раза больше возраста Вселенной, поэтому их называют стабильными. Гипероны — тоже тяжелые частицы, их масса сравнима с массой протона, однако они существуют миллиардные доли секунды, поэтому их называют нестабильными. Такая особенность делает изучение взаимодействий гиперонов с другими частицами сложнейшей задачей. Создать пучок гиперонов на обычных ускорителях невозможно.

— Чтобы измерить взаимодействие гиперонов и протонов, нужно сначала создать условия, в которых бы рождались эти короткоживущие частицы, — отметил начальник лаборатории кварковой материи Курчатовского ядерно-физического комплекса Дмитрий Блау. — Реализовать это возможно, например, в эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере.

Справка «Известий»

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) — один из четырех основных экспериментов на Большом адронном коллайдере в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН). Здесь специалисты исследуют ядерную материю при экстремально высоких плотностях энергии и температурах. В этих условиях она переходит в субстанцию, напоминающую жидкость или плазму. Именно в таком состоянии, согласно современным космологическим представлениям, находилась наша Вселенная в первые микросекунды своего существования.

В ходе эксперимента на Большом адронном коллайдере протоны разгоняли до максимально достижимой на данный момент энергии, равной 13 ТэВ. В результате их столкновений рождались новые частицы — вторичные протоны и гипероны.

Энергия стабильности

Для исследования взаимодействия частиц ученые разработали и применили метод, основанный на технике интерферометрии. Он заключается в наложении друг на друга волн, чаще всего электромагнитных, — это дает информацию об очень малых смещениях объектов.

Изначально такой подход использовали для измерения размеров звезд, пояснил Дмитрий Блау. Позже его стали применять в физике высоких энергий, и за методом закрепилось название фемтоскопия, поскольку размер изучаемых объектов (гиперонов и протонов) соответствовал фемтометрам — это 10−15 м. Такой метод позволяет увидеть число получаемых в процессе столкновения частиц и силу их взаимодействия в зависимости от разности их импульсов. Специалистам удалось адаптировать фемтоскопию для измерения параметров взаимодействия между гиперонами и вторичными протонами.

— Мы сравнили результаты, полученные в эксперименте ALICE, с расчетами, проведенными на суперкомпьютере, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории физики сверхплотной барионной материи НИЦ «Курчатовский институт» — ИТЭФ Сергей Киселев. — Общая картина взаимодействия протона и кси-гиперона совпала с предсказаниями теоретической модели. Это дополнительно подтверждает надежность метода фемтоскопии для исследования процессов, происходящих на субатомном уровне.

Новый подход открывает целое направление в физике высоких энергий.

— Эксперимент ALICE в последнее время дает множество информации для публикаций, — рассказала ведущий научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Людмила Малинина. — В первые годы мы измеряли вещи, которые хорошо известны, то есть набирали статистику и исследовали, насколько хорошо работает прибор. Но последние 5−6 лет проводятся совершенно новые исследования — измеряются те параметры, которые ранее никто не изучал. И мы можем быть уверены в своих результатах, так как уже доказали, что в «простых вещах» не ошибаемся. Конечно, это дает множество данных для формирования фундаментальных знаний в космологии.

В работе наряду с зарубежными коллегами приняли участие специалисты НИЦ «Курчатовский институт», НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ, НИЦ «Курчатовский институт» — ИТЭФ, НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ, ОИЯИ, СПбГУ, ИЯИ РАН и РФЯЦ ВНИИЭФ.

Это тоже интересно:

Во время загрузки произошла ошибка.
Хотите получать новости по теме?
Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас