В пригороде Женевы, Швейцария, за цветущими лугами скрывается склад с лифтом, который едет только вниз. На глубине сотен метров, внутри восьмиугольной полой трубы, напоминающей большой сарай, располагаются гиперкомпксные детекторы, фиксирующие столкновения протонов. Ученые, задействованные в эксперименте на БАКе, решили получить странное вещество, которое скорее всего наполняло новорожденную Вселенную спустя мгновение после Большого Взрыва. Так называемая кварк-глюонная плазма создавалась в лабораторных условиях и до этого, путем столкновения сравнительно крупных атомов свинца. На этот раз исследователи решили столкнуть между собой ничтожно малые протоны, и то далеко не все.

Важность результатов исследования, опубликованного на днях в журнале Nature Physics , станет ясна обывателю далеко не сразу. В основном использование протонов позволит обеспечить более точный способ анализа кварк-глюонной плазмы. По словам исследователя Ливио Бьянки, протон-протонные столкновения позволят избежать получения большого количества ненужных, хаотических данных, на анализ которых уйдет слишком много времени. Открытие также позволит физикам изучить механизм столкновения протонов и, возможно, в будущем благодаря этому открыть другие, пока неизвестные науке частицы, как в свое время это произошло с бозоном Хиггса.

Все протоны и нейтроны состоят из двух сортов кварков, элементарных частиц, но помимо них существуют еще четыре сорта (или «аромата»), и в результате совокупности всех шести разновидностей этих частиц и получаются огромное разнообразие более крупных частиц. Клееподобные частицы, глюоны, удерживают кварки вместе, обычно парами или тройками, а потому одиночный кварк найти практически невозможно, поскольку сила притяжения между ними с расстоянием растет, а не ослабевает. Тем не менее, стоит подать на них энергию, и кварки превращаются в «горячий суп», где все они плотно связаны как идеальная жидкость. Это и есть кварк-глюонная плазма, которая так интересует ученых.

Ученые, работающие на коллайдере, знали о существовании этого квантового супа из опытов по высокоэнергетическим столкновениям атомов золота или свинца, которые производились на коллайдере США RHIC и LHC. Но чтобы на самом деле объявить об открытии этого вещества, им нужно было добыть несколько вещей. В частности, им был необходим разогретый до триллиона градусов шар жидкой плазмы, поскольку при таких условиях свойство кварков, известное как «strangeness enhancement», позволяет разделить потоки частиц на синглеты, то есть на выходе ученые получили бы единичные кварки. Но как осуществить подобную операцию?

Исследователи CERN достигли вышеупомянутого состояния, сравнив выход экзотических каонов и лямбда-частиц (каждая из которых содержит один из видов кварков, «странный» кварк), частицы кси (которая содержит два таких кварка) и частицы омега (которая содержит три) в результате протонных столкновений. Соответственно, чем больше странных кварков, тем больше выход. Во время столкновения протонов образуются частицы разного размера, и больше частиц на выходе означало бы и повышенную долю странных кварков в них.

Детектор ALICE, разработанный специально для определения подобных микроскопических операций, отлично справляется со своей задаче благодаря сложному массиву детекторов, размещенных под защитной оболочкой. Подобная работа может показаться весьма спекулятивной, и это так: ученые не утверждают, что в результате протон-протонных столкновений они уже обнаружили кварк-глюонную плазму. Несмотря на это, ALICE и другие детекторы CERN CMS и ATLAS объединяют сотни физиков, которые ищут аналогичные результаты. На этой неделе эксперимент со столкновением протонов был проведен лишь на половину той мощности, на которую способен LHC. БАК наконец вернулся в работу после многомесячных технических работ, а значит эксперимент будет продолжаться и изучение элементарных частиц возобновится в ближайшее время.

КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА, гипотетическое состояние сильновзаимодействующей материи, характеризующееся отсутствием удержания цвета (конфайнмента). В этом состоянии цветные кварки и глюоны, пленённые адронами, освобождаются и могут распространяться как квазисвободные частицы по всему объёму кварк-глюонной плазмы - возникает «цветопроводимость» (аналогично электрической проводимости в обычной электрон-ионной плазме). По современным представлениям, это состояние образуется при высоких температурах и/или больших барионных плотностях равновесной адронной материи.

В естественных условиях кварк-глюонная плазма существовала, по-видимому, только в первые 10 -5 с после Большого взрыва. Не исключено, что она может присутствовать и в центре наиболее массивных нейтронных звёзд. Есть основания считать, что атомные ядра в своём составе, кроме протонов и нейтронов, содержат «капельки» кварк-глюонной плазмы, т. е. ядра рассматриваются как гетерофазные системы.

Возможность существования кварк-глюонной плазмы тесно связана со спонтанным нарушением симметрии физического вакуума в квантовой хромодинамике (КХД) и с асимптотической свободой - убыванием эффективного цветового заряда с уменьшением расстояния между цветными частицами, с ростом температуры и/или плотности. Однако строгое математическое доказательство существования фазового перехода и удержания цвета в КХД пока отсутствует. Значительные успехи на пути решения этих сложных проблем достигнуты в компьютерных расчётах на пространственной решётке (смотри Решёточные теории поля).

Для экспериментальных исследований кварк-глюонной плазмы предлагается создать необходимые условия для её образования в лаборатории путём соударения тяжёлых ядер высокой энергии. Оценки показывают, что образующаяся в области столкновения ядер система будет существовать достаточно долго, её энергия и сжатие могут обеспечить достижение фазы кварк-глюонной плазмы при использовании уже действующих ускорителей тяжёлых ионов. В качестве наиболее важных сигналов, дающих информацию о формировании кварк-глюонной плазмы, предполагается использовать процессы образования лептонных пар, эмиссии фотонов и аномально большое число рождений странных частиц.

Лит.: Шелест В. П., Зиновьев Г. М., Миранский В. А. Модели сильновзаимодействующих элементарных частиц. М., 1976. Т. 2; Горенштейн М. И. и др. Точно решаемая модель фазового перехода между адронной и кварк-глюонной материей // Теоретическая и математическая физика. 1982. Т. 52. № 3; Фейнберг Е. Л. Термодинамические файрболы // Успехи физических наук. 1983. Т. 139. № 1.

Общепринятой в настоящее время моделью образования Вселенной является образование Вселенной в результате Большого взрыва. В этой модели в интервале времени 10 -10 –10 -6 с после Большого взрыва материя существовала в виде кварк-глюонной плазмы. Для изучения характеристик Вселенной в этот интервал времени в настоящее время в лабораторных условиях можно воспроизвести существовавшие в это время плотность и температуру материи. Пока единственной возможностью является столкновение двух тяжелых атомных ядер ускоренных до энергий больше сотни ГэВ. В результате лобового столкновения в объёме примерно равном объёму атомного ядра могут быть получены плотность и температура, существовавшие в первые мгновения жизни Вселенной.

Кварк-глюонная плазма

Эксперименты по изучению кварк-глюонной плазмы ведутся на самых крупных ускорителях при максимально возможных энергиях сталкивающихся пучков релятивистских ядер.

Таблица 19.1

Максимальная энергия столкновения,
отнесенная к одному нуклону

В таблице 19.1 приведены энергии столкновения, отнесенные к одному нуклону, сталкивающихся ядер, достигнутые на ускорителях Bevatron (Billions of eV Synchrotron), AGS (Alternating Gradient Synchrotron) и RHIC (Relative HeavyIon Collider) в Брукхевенской лаборатории BNL (Brookhaven National Laboratory) и на ускорителе LHC (Large Hardon Collider) в ЦЕРН. Запуск Большого адронного коллайдера LHC позволяет практически на порядок увеличить энергию столкновения . В столкновениях протонов с ядрами Pb может быть получена максимальная энергия = 8.8 ТэВ.
Релятивистские ядра в ускорителе RHIC движутся со скоростью 99.99% скорости света. При столкновении двух релятивистских ядер золота в объёме диаметром R ≈ 10 -12 см выделяется энергия ≈20000 ГэВ. В результате образуется кварк-глюонная плазма, состоящая из кварков, антикварков и глюонов. В результате последующей адронизации образуются 3–5 тысяч частиц, вылетающих из образовавшегося объёма файербола. Давление в среде превышает атмосферное в 10 25 –10 30 раз, а температура достигает 10 9 –10 10 К.
Образование кварк-глюонной плазмы происходит в результате сильного взаимодействия между партонами (кварками, глюонами), входящими в состав нуклонов сталкивающихся ядер. В первых работах, посвященных образованию кварк-глюонной плазмы при столкновении релятивистских ядер, считалось, что при температуре T ≈ 170 МэВ и плотности энергии ≈ 1 ГэВ/фм 3 происходит фазовый переход первого рода, при котором резко изменяются плотность и температура среды. По оценкам при этих параметрах плотность кварк-глюонной плазмы в два раза больше плотности энергий в нуклоне (0.5 ГэВ/фм 3) и почти в десять раз больше плотности энергии в атомном ядре (0.14 ГэВ/фм 3).
На рис. 19.1 показано, как изменяется плотность энергии кварк-глюонной плазмы в зависимости от температуры плазмы. Центральный вопрос образования кварк-глюонной плазмы – какая плотность энергии может быть достигнута в ядро-ядерных столкновениях и как она эволюционирует со временем? Ответ на этот вопрос зависит от того, какую долю энергии теряет каждый нуклон, ускоренных ядер при столкновении пучков.

Рис. 19.1. Зависимость плотности энергии от температуры. Символы – результаты расчетов на решетке. Линии проведены для удобства различать расчеты для разных условий.
Кривая 2 – расчеты с массой странного кварка, в четыре раза превышающей массу u- и d-кварков .

Анализ продуктов реакции выполненный на детекторе BRAHMS показывает, что потери энергии составляют 40–85% первоначальной энергии нуклона. Обычно выделяются три различные стадии столкновения ядер.

1. Максимальная плотность достигается в момент времени полного перекрытия сталкивающихся ядер.
2. Максимальная плотность энергии, переданная частицам, рожденным в файрболе.
3. Максимальная плотность энергии в момент локальной термализации кварк-глюонной плазмы.

На рис. 19.2 показаны время и плотность энергии в соответствии со сценарием развития ядро-ядерных столкновений в модели, предложенной Бьёркеном. Оцененное время пересечения сталкивающихся ядер для трех значений энергии полученных на ускорителях AGS, SPS и RHIC составляет соответственно

где с − скорость света.

Рис. 19.2. Схематическое изображение времен и плотностей энергии в соответствии с предложенной Бьёркеном сценарием развития временипространственной картины ядро-ядерных столкновений .

На основе достаточно реалистических моделей было показано, что при столкновении ядер время формирования файрбола (время формирования вторичных частиц) обычно несколько больше, чем время пересечения сталкивающихся ядер τ

Где R − радиус сталкивающихся ядер. Для сталкивающихся ядер Au + Au ускорителя RHIC получены следующие оценки, приведенные на рис. 19.2. Время формирования файрбола τ форм = 0.35 фм/с, плотность энергии ε форм = 15 ГэВ/фм 3 . Время термализации τ терм ≈ 0.5 фм/с, плотность энергии ε терм =5.4 ГэВ/фм 3 . Образующийся файрбол содержит примерно одинаковое число кварков и антикварков.

Для анализа продуктов ядро-ядерных столкновений и получения информации о свойствах образующейся кварк-глюонной плазмы важно насколько перекрываются сталкивающиеся ядра. Для этого вводится параметр центральности столкновения.

Рис. 19.3. Схематическое изобра­жение области взаимодействия, образующейся в первые мгнове­ния после нецентрального ядро-ядерного столкновения. Сталкивающиеся ядра движутся вдоль оси Z .

При центральном столкновении число образующихся вторичных частиц максимально. Если столкновение нецентральное, то перекрытие ядер получается неполным и кварк-глюонную плазму порождают только часть протонов и нейтронов из каждого ядра. Поэтому образующийся файрбол расширяется во все стороны несимметрично (рис. 19.3).

Рис. 19.4. Величина потерь быстроты первичными нуклонами в зависимости от энергии столкновений. Заштрихована нефизическая область. Пунктирная линия показывает аппроксимацию данных AGS и SPS феноменологической зависимостью δy = 0.58y p . На вставке показаны использованные в работе [Bearden I. G. et al (BRAHMS Collab.) II Phys. Rev. Lett. 2004. V.93. P. 1020301] аппроксимации распределения плотности первичных барионов на полную область быстрот.

Объясняется это тем, что расширение файрбола происходит за счет разности давления, которое уменьшается от центра файрбола к периферии. В сплющенном направлении этот перепад давления больше, чем в вытянутом, поэтому возникает несимметричный поток в кварк-глюонной плазме - эллиптический поток разлетающихся частиц из области столкновения тяжелых ядер. Наблюдение эллиптического потока при нецентральном соударении тяжелых ядер свидетельствует о том, что при столкновении ядер действительно образуется состояние кварк-глюонной плазмы, которое характеризуется тем, что в нем частицы неоднократно сталкиваются друг с другом. Для такого состояния можно ввести понятие температуры, вязкости и другие термодинамические величины, характеризующие вещество, в этих терминах можно описывать и изучать явления, происходящие при остывании кварк-глюонной плазмы. Такое гидродинамическое объясне­ние эллиптического потока образующихся частиц свидетельствует о том, что кварк-глюонная плазма по своим характеристикам скорее напоминает жидкость, чем газ частиц. Частицы в кварк-глюонной плазме интенсивно сталкиваются друг с другом, а не пролетают мимо как в разреженной газовой среде. Впервые эллиптический поток был обнаружен в экспериментах RHIC. C увеличением энергии на Большом адроном коллайдере он стал более ярко выражен (рис. 19.4).
Поскольку при столкновениях тяжелых ионов число вторичных частиц достаточно велико, вполне оправдан статистический подход для определения выхода отдельных адронов. На рис. 19.5 показана зависимость отношения выходов каонов, протонов и антипротонов в зависимости от центральности столкновения. Центральность столкновения определяется по числу частиц, образующихся в каждом столкновении. Чем больше центральность, тем больше образуется частиц. Видно, что отношение выходов достигает насыщения уже при 100 регистрируемых частицах.
На рис. 19.6 показано отношение выходов различных частиц для центральных столкновений (число регистрируемых частиц = 322) ядер Au + Au при максимальных энергиях RHIC 200 ГэВ, измеренное на различных детекторах. Важно отметить, что отношение выходов частиц и античастиц оказывается близким к 1.

До сих пор кварк-глюонная плазма встречалась физикам только в столкновениях двух тяжелых ядер высокой энергии. Считалось, что в несимметричных столкновениях, когда очень легкое ядро ударяет по тяжелому, нужных для кварк-глюонной плазмы условий достичь не удается. Однако коллаборация PHENIX, изучив столкновения ядер гелия-3 и золота, утверждает, что плазма образуется и тут, но только в маленьких, субъядерных объемах. Эти результаты подтверждают недавние догадки теоретиков о том, как этот процесс может происходить. Статья коллаборации опубликована в журнале Physical Review Letters , а ее предварительная версия доступна в архиве электронных препринтов arxiv.org .

Надо сказать, что, несмотря на многочисленные эксперименты, долгое время не удавалось четко доказать, что кварк-глюонная плазма действительно возникает в ядерных столкновениях, пусть и на краткое мгновение в десятки йоктосекунд . Проблема тут в том, что, моментально расширившись и остыв, кварк-глюонная плазма распадается на отдельные адроны. Они разлетаются во все стороны, детектор их регистрирует и восстанавливает общую картину разлета, но он неспособен просто так определить, родились они сразу в виде адронного газа или же прошли через стадию горячей жидкости.

Опознать формирование кварк-глюонной плазмы можно разными способами. Прежде всего, внутри горячей ядерной «капельки» должны быть настоящие гидродинамические течения. После распада плазмы на адроны, они должны проявиться в виде адронных эллиптических потоков и потоков более сложной формы (рис. 1 и 2). Существуют и более тонкие эффекты, например гашение струй , когда они пытаются продраться сквозь кварк-глюонную плазму, и плавление адронов внутри горячей плазмы.

Когда в начале 2000-х коллайдер тяжелых ионов RHIC сталкивал разные ядра, то работавшие на нем коллаборации PHENIX и STAR видели проявления кварк-глюонной плазмы в столкновении двух ядер золота (Au+Au), но не видели их в несимметричных столкновениях легчайшего ядра дейтерия с золотом (d+Au). Это интерпретировалось так: для возникновения плазмы требуется «всадить» в ядро достаточно энергии, чтобы по всему объему ядра произошло плавление протонов и нейтронов. Столкновение Au+Au этот порог преодолевает, а d+Au - нет.

В 2011–2012 годах детектор PHENIX был существенно модернизирован, в него были доустановлены новые компоненты, которые позволили ему собирать больше данных при столкновениях лоб в лоб, а также лучше измерять свойства адронов. В 2013 году новые эксперименты по столкновению d+Au уже показали некоторые намеки на коллективные эффекты, которые напоминают следы кварк-глюонной плазмы. Да и Большой адронный коллайдер, сталкивавший протоны с ядрами свинца, тоже обнаружил некоторые корреляции адронов. Все эти новые данные как-то не слишком вязались с общим утверждением, что в таких несимметричных столкновениях выделившейся энергии недостаточно для плавления ядра.

Обсуждая эти не вполне ясные закономерности, физики задумались о такой возможности: а может ли оказаться, что плавление ядра и образование кварк-глюонной плазмы происходит не во всем ядре, а только в маленькой «горячей зоне», в месте непосредственного удара протона по ядру? В 2014 году было опубликовано конкретное предложение по проверке этой идеи (J. L. Nagle et al., 2014. Exploiting Intrinsic Triangular Geometry in Relativistic 3 He+Au Collisions to Disentangle Medium Properties). Авторы предлагали экспериментаторам провести серию экспериментов по столкновению протона, дейтрона и гелия-3 с тяжелым ядром и измерить азимутальные характеристики разлетающихся адронов.

Если при ударе каждого нуклона большой энергии по ядру действительно образуется канал кварк-глюонной плазмы, то зона плавления будет иметь вид, как на рис. 3. А это значит, что при переходе от протона к дейтрону резко увеличится эллиптический поток, а при переходе к гелию-3 - «треугольный». На рис. 1 показаны результаты теоретического моделирования того, как должна расширяться текущая кварк-глюонная плазма и какие скорости приобретут адроны после ее распада. Вычисления показали, что такой треугольный поток должен проявиться даже несмотря на то, что ему при расширении придется продираться сквозь нерасплавившуюся часть ядра. Если же корреляции не связаны с образованием кварк-глюонной плазмы, а возникают, например, из-за особого состояния ядер до столкновения (скажем, как в модели плазмы), то такой сильной закономерности наблюдаться не должно.

И вот совсем недавно эксперимент PHENIX выполнил ключевой из трех предложенных экспериментов (данные по d+Au уже имеются, а по p+Au появятся позднее). В ходе столкновений гелия-3 с ядрами золота на коллайдере RHIC в 2014 году было накоплено примерно полмиллиарда событий с большим числом рожденных частиц, что отвечает столкновениям лоб в лоб. Распределение рожденных частиц по азимультальному углу и по поперечному импульсу было измерено с очень высокой точностью, что позволило надежно выделить компоненты, описывающие эллиптический и треугольный потоки. Для устранения систематических погрешностей проводилось сравнение с более ранними результатами того же коллайдера по протон-протонным столкновениям, где эллиптического и треугольного потоков не должно было быть.

На рис. 4 показаны результаты по измерению эллиптического и треугольного потоков в столкновениях 3 He+Au. Их интенсивность характеризуется коэффициентами v 2 и v 3 . В согласии с предсказаниями разнообразных моделей, учитывающих гидродинамические течения при образовании и разлете кварк-глюонной плазмы, оба этих коэффициента растут с поперечным импульсом адронов. Между самими этими моделями есть некоторые различия, но они все, за исключением одной, корректно воспроизводят тренд. Попытки описать эти данные без учета кварк-глюонной плазмы дали бы намного меньшие значения для треугольного потока.

Полученное согласие является сильным указанием на то, что в тот момент, когда встречный нуклон - не важно, один или в составе встречного ядра, - вонзается в ядро на большой энергии, он плавит ядерную материю в месте попадания. На мгновение там образуется крошечная капелька кварк-глюонной плазмы. Если встречное ядро было большое, то все эти капли сливаются и приводят к плавлению ядер целиком - это именно то, что наблюдалось раньше. Но даже если ядро маленькое, как в случае гелия-3, локальное плавление все равно происходит, просто капля кварк-глюонной плазмы остается крошечной, субъядерных масштабов. Таким образом и без того сложная многоэтапная картина столкновений релятивистских ядер дополняется еще одной подробностью.

Все это выглядит очень интригующе и порождает вопрос: а какова минимальная ядерная система, в которой способна возникнуть кварк-глюонная плазма? Выражаясь простым языком, какова самая маленькая капля кварк-глюонной плазмы? Если она возникает в столкновении 3 He+Au, может ли она образоваться при сильном ударе протоном по тяжелому ядру? А в столкновениях двух протонов сверхвысоких энергий? А тот любопытный хребет в распределении адронов в событиях с экстремально большим количеством рожденных адронов, который Большой адронный коллайдер обнаружил еще в 2010 году , - он точно никак не связан с кварк-глюонной плазмой?

Все эти вопросы можно объединить в одну группу: вопросы о происхождении коллективных эффектов в малых адронных коллективах. Они сейчас все больше интересуют физиков; достаточно упомянуть недавний краткий обзор результатов PHENIX на эту тему, а также то, что на прошедшей недавно конференции Quark Matter 2015 этот круг вопросов был вынесен в отдельную секцию. Будущие результаты PHENIX и других экспериментов вкупе с более отточенными теоретическими расчетами позволят разобраться с ними получше.

Заблуждения в физике: КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА

1 Кварк-глюонная плазма, что нам пытаются вбить в головы
2 Немного истории к вопросу о кварках и глюонах
3 Кварк-глюонная плазма и глюоны
4 Эксперимент по обнаружению кварк-глюонной плазмы на БАК и действительность
5 Кварк-глюонная плазма - итог

1 Кварк-глюонная плазма, что нам пытаются вбить в головы

Сначала несколько цитат из Википедии: "Кварк-глюонная плазма (КГП, кварковый суп, хромоплазма) - агрегатное состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме. Ему предшествует состояние глазмы (плазма термализуется, то есть разрушается, порождая множество хаотично движущихся кварков, антикварков и глюонов - кварк-глюонную плазму). Состоит из кварков, антикварков и глюонов

Обычно вещество в адронах находится в так называемом бесцветном ("белом") состоянии. То есть, кварки различных цветов компенсируют друг друга. ... При очень высоких энергиях цвет выходит на свободу и делает вещество "квазибесцветным"

Предположительно вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения (около 10 -11 с.) после Большого взрыва. Также есть мнение, что именно свойства кварк-глюонной плазмы привели к барионной асимметрии Вселенной. Сейчас кварк-глюонная плазма может на десятки йоктосекунд образовываться при соударениях частиц очень высоких энергий. Время существования кварк-глюонной плазмы - миллиардные доли секунды.

Раньше она рассматривалась как газ, ныне считается жидкостью, почти идеальной и сильно непрозрачной. До своего экспериментального обнаружения хромоплазма была физической гипотезой. Изучение кварк-глюонной плазмы может помочь в познании истории Вселенной.

Кварк-глюонная плазма была получена экспериментально на ускорителе RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории в 2005 году. В феврале 2010 года там же была получена температура плазмы в 4 триллиона градусов.

Максимальную температуру - свыше 10 триллионов градусов, получили в ноябре 2010 года на БАК. На ускорителях КГП образуется в результате сильного взаимодействия между партонами (кварками и глюонами) нуклонов ускоренных частиц.

Мезоны, погружённые в горячую кварк-глюонную плазму, плавятся."

Придется немного повториться, но раз уж сказочникам от науки не доходит с первого раза - повторим.

2 Немного истории к вопросу о кварках и глюонах

В 1964 году Гелл-манн и Цвейг независимо предложили гипотезу существования кварков, из которых, по их мнению, состоят адроны.
Первоначально, кварковая модель адронов ограничивалась только тремя гипотетическими кварками и их античастицами. Это позволяло правильно описать спектр известных на тот момент элементарных частиц, без учета лептонов, которые не вписались в предлагаемую модель и потому признавались элементарными, наравне с кварками. Платой за это явилось введение, не существующих в природе, дробных электрических зарядов.

Чтобы объяснить связь кварков в протонах, нейтронах и других частицах, "состоящих" из выдуманных кварков, было предположено существование в природе гипотетического сильного взаимодействия и его переносчиков - гипотетических глюонов. Выдуманные глюоны, как и положено в Квантовой теории, наделили единичным спином, тождественностью частицы и античастицы и нулевой величиной массы покоя, как у фотона.

По мере развития физики и поступления новых экспериментальных данных, кварковая модель постепенно разрасталась, трансформировалась, в итоге превратившись в Стандартную модель. Теперь Стандартная модель имеет 19 "свободных параметров", для подгонки под экспериментальные данные, и это способность к подгонке под эксперименты считается совершенно нормальной. А ведь экспериментальные данные обрабатываются с помощью самой Стандартной модели, и она найдет возможность выдать наблюдаемое за то, что ей нужно, и не заметить то, что с ней расходится.

Прошло 50 лет. Кварки так и не были найдены в природе и нам сочинили новую математическую сказочку под названием "Конфайнмент". Последняя сказочка - это образец буйства фантазии у авторов: наделили глюоны способностью создавать другие глюоны, из ничего просто так, потому, что надо как-то объяснить ненаблюдаемость кварков в природе. Ведь в природе нет дробного электрического заряда, равного заряду гипотетических кварков, и "ЭТО ЕСТЬ ФАКТ". Этот электрический заряд никуда не спрятать и ничем не скомпенсировать - его просто не нашли в природе, нигде не нашли. К чему ведет новая сказка, под названием "Конфайнмент", мы сейчас увидим:

• Сказочный кварк создал из ничего (вопреки законам природы) сказочный глюон, который полетел в некоторую сторону.
• Пролетев, некоторое расстояние, сказочный глюон, также создал по пути следования из ничего (вопреки законам природы) еще кучку сказочных глюонов, которые полетели в разные стороны, а сам ликвидировался (тоже вопреки законам природы).
• Пролетев некоторое расстояние, каждый из созданных сказочных глюонов, также создал по пути следования из ничего (вопреки законам природы) свою кучку сказочных глюонов, которые полетели в разные стороны, а сам потом ликвидировался (тоже вопреки законам природы).
• Пролетев некоторое расстояние, каждый из этих сказочных глюонов, также создал по пути следования из ничего (вопреки законам природы) свою кучку сказочных глюонов, которые полетели в разные стороны, а сам потом ликвидировался (тоже вопреки законам природы).
• И так далее...
• Тоже самое относится и ко всем сказочным кваркам, находящимся как внутри элементарной частицы, так и в других элементарных частицах этого и других атомных ядер вещества.

На, находящийся в некотором месте сказочный кварк обрушивается поток сказочных глюонов со всех сторон, как от других сказочных кварков этой элементарной частицы, так и еще больший поток от рожденных из ничего в пространстве (вопреки законам природы) сказочными глюонами, как чужими, так и своими. - Мы получаем, что все пространство вокруг элементарной частицы и за ее пределами (а точнее все пространство Вселенной) заполнено сказочными глюонами, а несчастный сказочный кварк рвут на части в разные стороны, и чем позже по времени, тем сильнее рвут. - И это надувательство нам подсовывают под видом Науки.

3 Кварк-глюонная плазма и глюоны

Дело в том, что с гипотетическими глюонами у Стандартной модели вообще получился конфуз.

Вспомним, что такое глюон - это гипотетические элементарные частицы, отвечающие за взаимодействия гипотетических кварков. Говоря математическим языком, глюонами называют векторные калибровочные бозоны, отвечающие за гипотетическое сильное цветовое взаимодействие между гипотетическими кварками в квантовой хромодинамике. При этом гипотетические глюоны, как предполагается, сами несут цветовой заряд и таким образом являются не просто переносчиками гипотетического сильных взаимодействий, но и сами участвуют в них. Гипотетический глюон является квантом векторного поля в квантовой хромодинамике, не имеет массы покоя и обладает единичным спином (как фотон). Кроме того гипотетический глюон является античастицей самому себе.

Итак, утверждается, что глюон обладает единичным спином (как фотон) и является античастицей самому себе. - Так вот: согласно Квантовой механики и Классической электродинамики (и Полевой теории элементарных частиц, умудрившейся заставить их работать сообща на общий результат), определивших спектр элементарных частиц в природе - обладать единичным спином (как фотон) и быть античастицей самой себе может только одна элементарная частица в природе - фотон , но она уже занята электромагнитными взаимодействиями. Все остальные элементарные частицы с единичным спином это векторные мезоны и их возбужденные состояния, но это совсем другие элементарные частицы, каждая из которых обладает собственной античастицей.

А если вспомнить, что у всех векторных мезонов отличная от нуля величина массы покоя (следствие ненулевой величины квантового числа L полевой теории), то ни один из векторных мезонов (частиц с целым спином) в качестве сказочного глюона никак не подойдет. Ну а элементарных частиц с единичным спином больше в природе НЕТ. В природе могут существовать сложные системы, состоящие из четного числа лептонов, или барионов! Но время жизни таких образований из элементарных частиц будет значительно меньше времени жизни сказочного бозона Хиггса - а точнее векторного мезона. Поэтому гипотетические глюоны не могут быть найдены в природе, сколько бы их не искали и сколько миллиардов Евро или долларов на поиски сказочных частиц не потратили. А если где-то прозвучит утверждение об их обнаружении - это будет НЕ соответствовать действительности.

Следовательно, в природе нет места для глюонов . Поэтому глюоны также НЕ были найдены в природе. Несмотря на схожесть величины спина с частью векторных мезонов, на последние не навесишь ярлык "Глюон" и не объявишь переносчиком сказочного "сильного взаимодействия" вымышленных кварков. Остается девятка первых возбужденный состояний мезонов, но 2 из них противоречат самой Стандартной модели и их существование в природе Стандартная модель не признает, а остальные неплохо изучены физикой, и выдать их за сказочные глюоны не получится. Есть еще последний вариант: выдать за глюон связанное состояние из пары лептонов (мюонов или тау-лептонов) - но и это при распаде можно вычислить. Так что, глюонов в природе НЕТ, как НЕТ в природе кварков и вымышленного сильного взаимодействия

В действительности, в природе существует не вымышленное сильное взаимодействие вымышленных кварков, а ядерные силы нуклонов - и это разные понятия.

Вы считаете, что сторонники Стандартной модели этого не понимают - еще как понимают, вот только тошно признать ошибочность того, чем занимался десятилетиями, да и переучиваться очень не хочется. А потому мы видим новые математические СКАЗКИ.

4 Эксперимент по обнаружению кварк-глюонной плазмы на БАК и действительность

Один из экспериментов, проводимых на БАК в 2010-2013 годах, был эксперимент ALICE (A Large Ion Collider Experiment), специально оптимизированный для изучения тяжелых ионов. Одной из целей его было получение доказательств существования кварк-глюонной плазмы. Проанализировав огромное количество данных по столкновениям протонов с ионами свинца, исследователи из Университета Вандербильта, Теннесси, США, учёные "установили" появление в ходе эксперимента крохотных капель кварк-глюонной плазмы, диаметр которых составлял не больше, чем три-пять диаметров протона . - Это утверждение нуждается в комментарии:

• Как кварки, так и глюоны найдены не были.
• Размеры не более чем три-пять диаметров протона - а как и с помощью чего их измерили. Современная техника такими средствами измерений не располагает.
• Обстреляли протонами ядра свинца и что-то увидели - но где доказательства, что это что-то является кварк-глюонной плазмой.

Прямых доказательств существования кварк-глюонной плазмы по-прежнему нет .

1. Если кварк-глюонная плазма состоит из кварков и антикварков, то, что мешает им аннигилировать, как это происходит с парами: частица-античастица.
2. Большой взрыв - это большая сказка, противоречащая законам физики - законам природы.
3. Утверждение об обнаружении кварк-глюонной плазмы или хромоплазы - это выдавание желаемого за наблюдаемое. Обстреляли мишень разогнанными частицами, а кварков с глюонами НЕ нашли - а значит НЕ нашли и состоящей из них плазмы.
4. То, что раньше кварк-глюонная плазма рассматривалась как газ, ныне считается жидкостью, не является доказательством ее существования в природе. В физике разработаны теории элементарных частиц, альтернативные Стандартной модели и ее сказкам.
5. Утверждение, что "КГП образуется в результате сильного взаимодействия между партонами (кварками и глюонами) нуклонов ускоренных частиц" не соответствует действительности в виду отсутствия в природе партонов, кварков, глюонов и сильного взаимодействия.
6. Утверждение, что "мезоны, погружённые в горячую кварк-глюонную плазму, плавятся" вызывает просто смех. Мезоны - это элементарные частицы, их нельзя расплавить, как твердые тела.

5 Кварк-глюонная плазма - итог:

Голословно можно утверждать все, что захочется, рисовать на компьютерах красивые картинки и выдавать их за действительность, но ДОКАЗАТЕЛЬСТВА существования в природе кварк-глюонной плазмы начинаются с обнаружения в природе свободных кварков и глюонов . Ну а сочинять сказочки и выдавать их за достижения науки у нас хорошо научились.

Владимир Горунович