Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общая физика >> Физика микромира | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

НовостиНу очень странная материя

Популярные статьиПроект Краткая Энциклопедия "Физика" (Вопросы и ответы): 5.3 Траектория электрона вокруг ядра

НовостиКварки наступают!

НовостиГинзбург и темная материя

Популярные статьиЗаконы физики в космосе

Популярные статьиЯдерная астрофизика: fig1

Популярные статьиГорячие ядра и фазовый переход жидкость-газ в ядерном веществе: Другие возможные фазовые переходы в ядре

Популярные статьиОткрытие самой тяжелой элементарной частицы: Элементарные частицы

НовостиЛямбда-частица в ядре

Популярные статьиФундаментальные частицы: кварк-антикварковые пары

Словарные статьиАнтичастицы

Календарь событийУмер отец каона

Популярные статьиПроект Краткая Энциклопедия "Физика" (Вопросы и ответы): Алфавитный индекс

НовостиНобелевская премия по физике за 2004 год

Популярные статьиАктивные ядра галактик

Популярные статьиАктивные ядра галактик: природа "центральной машины"

Словарные статьиВекторной доминантности модель

Словарные статьиАнтипротон

Популярные статьиФундаментальные частицы: Кварковая модель адронов

Популярные статьиОсцилляции нейтрино - рентген для небесных тел?: Введение

Кварки в ядрах

Г. А. Лексин (Московский физико-технический институт, Долгопрудный Московской обл.)
Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, N 12, 1996 г.
Содержание

Ядерный скейлинг и суперскейлинг

Заметим, что речь все время идет не о свойствах конкретного взаимодействия налетающей частицы данного сорта и данной энергии с конкретным ядром, а о свойствах ядерной материи, хотя представлены, конечно, конкретные данные. Это замечание справедливо, так как реакции с образованием кумулятивных частиц обладают, начиная с некоторой энергии, удивительными свойствами, совокупность которых названа ядерным скейлингом. Суть явления в том, что форма спектра кумулятивных частиц не зависит от сорта и энергии налетающей частицы и атомного номера ядра-мишени. Сами выходы кумулятивных частиц, если их нормировать на вероятность взаимодействия налетающей частицы с ядром (на полное неупругое сечение), также не зависят от сорта и энергии налетающей частицы. На графике рис. 3 показана зависимость T0 для разных налетающих частиц от энергии E0 этих частиц. Видно, что T0 от E0 не зависит. Данные рис. 4 показывают удивительное постоянство формы для самых разных ядер. На графике по оси ординат показаны отношения отклонения наклонов спектров от среднего наклона к среднему наклону. Постоянство наклонов сохраняется по всей Периодической таблице элементов (начиная с ядра Be) с точностью не хуже 2%, что меньше, чем изменения по таблице энергии связи нуклонов в ядрах, которое отражает свойство ядра данного типа. Само по себе выявление сохраняющихся величин, как всякое наблюдение симметрии, важно, а в этом случае оно означает, что в реакциях с образованием кумулятивных частиц мы изучаем не свойства конкретных реакций, не свойства конкретных ядер на нуклонном уровне, а свойства ядерной материи, точнее, флуктонов ядерной материи.
Зависимость наклонов инвариантных функций кумулятивных протонов от энергии различных налетающих частиц
Рис. 3. Зависимость наклонов инвариантных функций кумулятивных протонов, вылетающих под углом ${120}^\circ$, от энергии различных налетающих частиц.
Зависимость разности наклонов инвариантной функции кумулятивных протонов, нормированных на средний наклон, от массы ядра мишени.
Рис. 4. Зависимость разности наклонов инвариантной функции кумулятивных протонов, нормированных на средний наклон, от массы ядра мишени. Кривые представляют относительные изменения энергии связи и фермиевского импульса для разных ядер-мишеней.
Вернемся к рис. 2. Он иллюстрирует еще одно, более глубинное свойство, названное суперскейлингом: постоянство наклонов инвариантных функций для кумулятивных частиц разного сорта (протонов, $\pi^+$- и $\pi^-$-мезонов, K+- и $K^-$-мезонов, антипротонов). Нуклон, как уже было сказано, состоит из трех разноцветных кварков, не обладающих странностью, шармом и т.д. По современным представлениям, в нуклоне есть еще целое море так называемых морских кварков и антикварков, порождаемых из вакуума глюонами со всеми возможными квантовыми числами. Так вот суперскейлинг, по-видимому, означает, что формы структурных функций, описывающих валентные и морские кварки в ядерной материи, совпадают. На языке термодинамики можно говорить про их равную температуру.
Выходы частиц, показанных на рис. 2, так же как во всех пдобных изученных случаях, демонстрируют другие интересные закономерности. Выходы K+- и $\pi^+$-мезонов при одинаковых значениях a одинаковы. Есть иерархия выходов, и она такова, что участие в составе вылетающей кумулятивной частицы кварков из кваркового моря ядра уменьшает вероятность образования соответствующей частицы пропорционально числу морских кварков (антикварков, странных кварков). Так, в пионах один валентный кварк и один антикварк из моря; в K+-мезоне также, только из моря взят странный антикварк, в K--мезоне два морских кварка (странный кварк и антикварк), в антипротоне три антикварка, в протоне три валентных кварка. Видно, как логично интерпретируются данные о суперскейлинге на кварковом языке, и это одно из свидетельств наличия кварковых степеней свободы в ядрах.

Кваркглюонная плазма

Квантовохромодинамические расчеты показывают, что при определенных температурах и плотностях ядерного вещества оно может перейти в новое состояние - кваркглюонную плазму. Рис. 5 иллюстрирует ожидание. Здесь по оси ординат отложена температура, а по оси абсцисс - плотность, нормированная на плотность ядер, так что точка на оси абсцисс при $\rho / \rho_0 = 1$ обозначает место, где находятся обычные ядра. Жирная линия - область перехода ядерного вещества в кваркглюонную плазму. Нетрудно видеть, что свойства флуктонов - температура, если за ее меру считать наклоны спектров кумулятивных частиц, и плотность, если считать его размеры равными размеру нуклонов, - таковы, что флуктон может быть капелькой кваркглюонной плазмы. Кваркглюонная плазма (КГП) - такое состояние вещества, где нет индивидуальных нуклонов, нет отдельных многокварковых мешков. Если хотите, это один большой кварковый мешок с возбужденным кварковым морем. Не исключено, что КГП в природе может быть в очень плотных астрономических объектах и, вероятно, реализовалась в момент первичного взрыва.
Сегодня поиски КГП - заманчивая задача многих экспериментаторов в мире. Строятся большие установки, создаются ускорители тяжелых ионов на большие начальные энергии. Идея состоит в том, чтобы при столкновении тяжелых ионов, то есть многих нуклонов, образовалось в области столкновения как можно больше $\pi$-мезонов, которые и могут перейти при соответствующих (см. рис. 5) условиях в КГП. Мы не знаем, случится ли такое. Пока при освоенных энергиях убедительного проявления КГП при столкновениях ионов не обнаружилось. Может быть, изучение свойств флуктонов, подаренных природой плотных образований, позволит изучать КГП в краткие моменты существования флуктуаций.
Диаграмма фазового состояния вещества при различных температурах и плотностях.
Рис. 5. Диаграмма фазового состояния вещества при различных температурах Т и плотностях $\rho / \rho_0$ . Плотность дана относительно средней плотности ядра.
Тут, правда, есть замечания. Кварковые плазмы бывают разные. Вообще говоря, КГП во флуктоне, если она там образуется, - это барионнонасыщенная плазма, а при столкновении ионов небарионнонасыщенная. Флуктон, по определению, не равновесный объект. И неясно пока, можно ли и как применять к нему понятие из равновесной термодинамики, например такое, как температура. В то же время, может быть, флуктуации кварковой материи в ядрах - простейший объект неравновесной термодинамики. Долгое время считалось, что ядро - настолько сложный объект, что его надо изучать, изучив нуклон-нуклонное взаимодействие и сводя его к последнему. Мы уже видели, что нуклон сложен не менее ядра, но он еще не вполне "среда". Может, надо идти от изучения кварков в среде, создавая квантовую хромодинамику сред, подобно тому как есть электродинамика сред с такими понятиями, как показатель преломления среды относительно вакуума, электродинамические потери энергии частицами при прохождении через среду, дисперсия энергетических потерь и т.д. В хромодинамике сред возникают вопросы: чему равен радиус конфаймента в ядерной материи, где присутствуют другие кварки и глюоны, как могут двигаться цветные кварки в ядерной среде, как и где - внутри или на границе ядра - кварки переходят в адроны (сильно взаимодействующие частицы), как говорят, адронизуются?

Заключение

Видно, что к концу статьи нарастает число предположений, сомнений и вопросов без ответа. Это естественно, мы приблизились к границе исследований в заданном направлении. Сами добываемые знания лишь мазок на фундаментальной картине строения материи. Незавершенный мазок. Эксперименты продолжаются.

Литература

  • Майер В. Кумулятивный эффект в простых опытах. М.: Наука, 1989.
  • Назад


    Написать комментарий
     Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования