Этот тип материи представляет собой похожую на жидкость волну глюонов – элементарных частиц, которые отвечают за сильное взаимодействие. Это физическое взаимодействие в свою очередь является причиной взаимодействия кварков и косвенно влияет на соединение протонов и нейтронов в атомном ядре. Как отмечает Discovery, глюоны за их свойства иногда сравнивают с клеем.
Учёные не ожидали, что «конденсат» может быть получен в ходе столкновений частиц в гигантском кольце БАК, но некоторые данные указывают на то, что именно это и происходит.
Попробуем объяснить, что именно наблюдают физики. В коллайдере исследователи разгоняют протоны (составляющие атомов) и ионы свинца (то есть атомы свинца, лишённые электронов и состоящие из 82 протонов каждый) до гигантских скоростей. Затем, при помощи магнитных полей направив пучки друг на друга, они добиваются столкновения некоторых из них.
Частицы при столкновениях переходят в состояние, обладающее свойствами жидкости. В «кильватере» образующейся «волны» появляются новые частицы, которые разлетаются во все стороны со скоростью, близкой к скорости света.
Недавно учёные заметили, что некоторые пары таких частиц ведут себя странно: они разлетаются от места столкновения в согласованных направлениях.
«Каким-то неведомым образом они “договариваются” друг с другом и двигаются в одном и том же направлении, хотя они и не имеют возможности как-либо связываться друг с другом. Многих, включая нас, это явление удивило», — рассказывает физик MIT Гюнтер Роланд (Gunther Roland), группа которого проводила последний анализ наравне с Вэем Ли (Wei Li) и его коллегами из университета Райса.
Похожее поведение учёные наблюдали при столкновении двух тяжёлых частиц, например, двух ионов свинца или свинца и золота (меди). В этом случае появляется так называемая кварк-глюонная плазма – очень горячий «бульон» из частиц, которым была Вселенная в течение нескольких долей секунды сразу после Большого взрыва. Это состояние вещества может отвечать за согласованность движений частиц.
Проблема в том, что кварк-глюонная плазма не может образоваться при столкновении свинца и протонов, как в случае настоящего исследования. Ещё раз изучив полученные результаты, физики пришли к выводу, что и глазма может отправлять частицы в согласованных направлениях.
Такое предположение поддерживает и Раджу Венугопалан (Raju Venugopalan), один из руководителей группы Брукхейвенской национальной лаборатории, который также работал с этими состояниями вещества и предсказал существование глазмы. Вероятно, за необычную связь частиц отвечает их квантовая запутанность. Это свойство заставляет частицы взаимодействовать даже тогда, когда они разделены большим расстоянием.
Запутанные глюоны в глазме могут объяснить, как разлетевшиеся от места столкновения частицы обмениваются информацией о своём положении, говорит Венугопалан. Эта корреляция – очень слабый эффект, но он может рассказать нам о фундаментальных взаимодействиях кварков и глюонов в протонах.
Любопытно, что никто из физиков не ожидал увидеть эффекты, схожие с теми, что наблюдаются в кварк-глюонной плазме, в случае столкновений протонов и ионов свинца в БАК. Более того, они хотели использовать их в качестве отправной точки, когда можно увидеть более чистую картинку, так сказать, фоновые взаимодействия, чтобы затем «вычесть» их из данных, полученных при столкновении между собой ионов свинца.
В январе 2013 года учёные планируют несколько недель сталкивать протоны и ионы свинца, чтобы понять, действительно ли появляется состояние вещества, схожее с жидким. Новые данные помогут найти объяснение наблюдаемым эффектам и определить, связаны ли явления, которые проявляются в ходе протон-протонных, протон-свинцовых и свинец-свинцовых столкновений.
О своих выводах учёные рассказали в статье в журнале Physical Review B (препринт материала был размещён на сайте arXiv.org).
