ВЕК ЖИВИ, ВЕК УЧИСЬ.. А ПОМРЁШЬ ВСЁ РАВНО ИЗВЕСТНО КЕМ..

08:0003.08.2018 (обновлено: 10:31 03.08.2018)

© Depositphotos / ezumeimages

МОСКВА, 3 авг — РИА Новости, Татьяна Пичугина.

Теоретики полагают, что во Вселенной существует кварковое вещество. Оно образует звезды, блуждает по космосу, достигая Земли в виде страпелек, на мгновение возникает в ускорителях. Найдется ли кваркам и энергии их взаимодействия практическое применение — в материале РИА Новости.

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Как сварить бульон из кварков в ядре нейтронной звезды

Пруд во Вселенной

Все, что мы видим вокруг — почва, деревья, животные, люди, — на базовом уровне состоит из кварков.

(То есть, это именно их имел в виду Демокрит.. - древнегреческий философ-материалист, один из основателей атомистики. Приблизительные годы жизни: 460 до н. э. — 370 до н. э. Демокрит представлял себе мир как собрание атомов, мельчайших частиц с разными свойствами. "В мире нет ничего, кроме атомов и пустоты".

Ну вооот.. а теперь оказывается, что и пустоты никакой нет.. а кварки есть.. для тех, кому не всё равно при выходе на пенсию.. - Л.А.) И у них очень необычные свойства.

Кварки не существуют по отдельности, а образуют агрегаты, например, протоны и нейтроны в ядрах обычного вещества. Между собой кварки связаны чудовищными силами, разорвать которые нельзя.

 Кварки — массивные частицы. Массу им придает вакуумный конденсат, равномерно заполняющий все пространство.

"Вакуум — это наша среда обитания, в которую мы все погружены. Раньше считали, что пространство абсолютно пустое. Теперь поняли: так не бывает. Пространство всегда чем-нибудь заполнено. Его можно очистить от посторонних частиц, но не до конца. Что-то в любом случае остается, в том числе хиггсовский, глюонный конденсаты", — рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Баранов, ведущий научный сотрудник лаборатории взаимодействия излучения с веществом ФИАН.

© Фото : CERN

В ЦЕРН зарегистрировали новую частицу с двумя тяжелыми кварками

Вакуумные конденсаты равномерно разлиты в пространстве, словно вода в пруду, приводит аналогию ученый. Когда вода спокойная, мы ее не замечаем. Подул ветер — пошла волна, которую мы и наблюдаем.

У кварков ненулевой "коэффициент вязкости" в хиггсовском конденсате, а также есть цветовой заряд, благодаря которому они "цепляются" за глюонный конденсат. Поэтому их масса складывается из двух источников.

Кварки неделимы, их по праву можно назвать истинными кирпичиками мироздания. Стандартная модель описывает шесть типов кварков в трех поколениях. Самый тяжелый — топ-кварк — смогли обнаружить только в мощнейших ускорителях (Теватрон, БАК).

© Lawrence Berkeley National Laboratory

Обычно кварки сидят по своим "квартиркам" — протонам, нейтронам. Между собой они очень прочно склеены глюонным конденсатом, разорвать который невозможно. Только при очень высокой температуре и плотности в ускорителях кварки покидают "квартирки" и образуют кварк-глюонную плазму.

Можно ли расщепить кварки

Кварки и глюонный конденсат взаимодействуют благодаря особой характеристике — цвету. Конечно, это совсем не то, что мы называем цветом в нашей реальности.

"Цветной заряд похож на электрический, только сложнее устроен. Силовые электрические линии располагаются гуще или реже — в зависимости от расстояния до носителя заряда. У цветного заряда картина иная. Все силовые линии стянуты в узкий шнурок, соединяющий два цветных заряда. Толщина у него постоянная. Это означает, что напряжение поля между зарядами не меняется с расстоянием. Строго говоря, разъединить кварки нельзя, потому что нужно затратить бесконечную энергию", — поясняет Баранов.

© DOE's Jefferson Lab

Физики нашли внутри протонов самую плотную форму материи во Вселенной

Однако природа устроена более хитро. В ускорителе кварки растягивают связывающий их силовой шнурок, и в какой-то момент он просто рвется, потому что так энергетически выгоднее. При этом на концах шнурков образуются новые кварки с массой, равной затраченной на разрыв энергии. И возникает всегда тоже пара — на цветном шнурке. Это называется конфайнментом. 

"Очень хорошо, что кварки так связаны. Если бы они вылетали из ядра, образовалась бы ужасная кварковая бомба с энергией больше, чем при ядерном взрыве. Дефект массы близок к ста процентам", — говорит Олег Теряев, начальник отдела лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ (Дубна).

Конфайнмент ставит крест на кварковой бомбе. Расщепить кварковые агрегаты и запустить цепную реакцию их распада с выделением энергии, по аналогии с ядерным распадом, нельзя.

"Энергия в кварках не запасается, а превращается во множество родившихся в этом столкновении частиц. Пока это игрушки для ума, от которых практической выгоды не видно", — заключает Сергей Баранов.

- Такое складывается впечатление.. что кварки - это типа как наконечники на шнурках.. а главное, почему туфли не спадают - это таки шнурки.. и шнурки без наконечников не бывают.. - Л.А.)

© Instituto de Física Corpuscular

Разноцветные гантельки — это пара кварков, связанных "цветными" силами. Чем дальше их растаскивать, тем крепче связь. В какой-то момент она рвется, и на концах возникают новые кварки. В несвязанном состоянии эти частицы не существуют.

Кварковый термояд

Что если рассмотреть не распад кварков, а их синтез?

(.. Холодный Кварковый Синтез, Холодный КваС, скажем так..

Помните детский стишок ?

А у вас ?

- А у нас сейчас ХЯС !

- А у вас ?

А у нас Холодный КваС !

Мы его пока не пьём - наливаем для котят..

Котята вырастут немножко -

И КваСу выпить захотят..

- Л.А.)

Согласно опубликованной в Nature статье физиков из Израиля и США, слияние двух странных кварков (так называют одну из их разновидностей) с образованием дикварка сопровождается выходом энергии 12 мегаэлектронвольт. Это чуть меньше, чем при слиянии ядер дейтерия и трития с образованием ядра гелия — реакции, используемой в водородной бомбе. Слияние двух более тяжелых B-кварков даст 138 мегаэлектронвольт.

Однако кварковый синтез слишком стремителен, чтобы успеть его куда-то упаковать или как-то удержать. 

(Ой, вот только не надо таки сказать nevermore..

помните про эксперименты с чемоданом на вокзалах разных городов?

- в Одесе die Mutter засечь время не успели - и чемодан исчез и часы.. раньше чем был запущен секундометр..  так шта всё это дело техники.. - Л.А.)

Идею кваркового или мезонного (кварк-антикваркового) оружия обсуждали в годы холодной войны, но быстро признали несостоятельной. Ее удел — научная фантастика.

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина, Depositphotos / ArtyFree

"Там кипеж такой стоит". Из Новосибирска прорубят окно в новую физику

Вот как говорится об этом в романе Сергея Лукьяненко "Лорд с планеты Земля": "Кварковая бомба использовалась для одной-единственной цели. И применяли ее лишь дважды, после чего самые воинственные миры галактики присоединились к договору о запрещении такого оружия. Кварковая бомба уничтожала целую планету. Защиты от нее не существовало".

"Если кидать в кварковое вещество обычное, то оно превратится в кварковое, причем с выделением энергии. Часть унесет нейтрино, часть пойдет в тепло", — рассуждает доктор физико-математических наук Сергей Попов, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.

И добавляет, что совсем поглотить наш мир кварковое вещество не сможет. Оно заряжено положительно, как и атомные ядра. Следовательно, заряд будет накапливаться ( - не факт.. ведь и кварки и силовые шнурки - на порядок меньше размером, чем нуклоны.. то есть, зарядовые проблемы окажутся снаружи конфайн ментовых.. типа как электроны на шаре генератора ванДер Граафа.. - Л.А.) , и кварковое пожирание материи в какой-то момент затормозится. 

"От заряда придется избавляться. Можно, в принципе, придумать как. Почему бы и нет? Ученые пытаются обсуждать даже, как черпать энергию из расширяющейся Вселенной. Мы не знаем, реализуется ли такой процесс в природе, удастся ли им манипулировать. Но понимая, что проблемы технические, а не фундаментальные, я не могу не допустить эту идею в фантастическом романе", — говорит ученый.

© NASA

Космический грааль: межпланетный корабль, которому нет альтернативы

Пульс звезд

Гипотезу о кварках выдвинули в 1964 году американские ученые. Уже через год советские физики Дмитрий Иваненко и Дмитрий Курдгелаидзе предположили, что при некоторых условиях кварки могут существовать по отдельности (произойдет деконфайнмент). Следовательно, они способны образовывать вещество и звезды. Попытки найти в космосе такие объекты пока не увенчались успехом, однако это не значит, что их нет.

© Francesco Mereghetti

Ученые открыли пару звезд, которую можно уместить между Землей и Луной

"Возможно, какие-то из нейтронных звезд — кварковые с тоненькой оболочкой обычного вещества", — объясняет Сергей Попов.

Нейтронные звезды очень плотные. Их радиус — всего десятки километров. Не исключено, что внутренняя часть состоит из отдельных кварков. Теоретически возможны и целиком кварковые звезды с радиусом шесть-восемь километров.

"Если сближать нейтроны, произойдет обобществление кварков, образуется кварковое ядро во внутренней части звезды. В разных моделях такие ядра возникают. Но на нынешней стадии развития наблюдательной астрофизики ни подтвердить, ни опровергнуть это нельзя", — уточняет Олег Теряев.

© NASA/CXC/M.Weiss

Как устроены компактные звезды

Зачерпните мне кварков

"На очень короткое время кварковое вещество возникает в столкновениях тяжелых ионов, например, золота, типа как образуются разные фазы у воды — жидкость, лед, пар. Кварковое вещество представляет собой такую фазу. Примеси ее возникают в разных процессах — как маленькие капельки", — продолжает ученый.

Эксперименты с кварковым веществом и кварк-глюонной плазмой уже проводятся. Принципиально новый подход к проблеме применят в Дубне на строящемся коллайдере NICA. Но все это очень короткоживущие процессы, о которых физики узнают косвенным путем. Наблюдать кварковое вещество напрямую, скорее всего, не получится. 

(- В Одессу ехать надо, в Одессу.. - Л.А.)

© Иллюстрация РИА Новости . А.Полянина

Так художник представляет себе столкновение тяжелых ядер золота и образование кварк-глюонной плазмы.

Можно ли образование кварк-глюонной плазмы вообще как-то обнаружить?

"Была красивая идея — найти вещество, вылетающее при слиянии кварковых звезд. В отличие от нейтронного, кварковое вещество способно оставаться в стабильном состоянии. Оно разлетается в виде страпелек — странных капелек — от английского термина strangelet. Возникают такие аномальные штуки, которые могут зафиксировать детекторы космических лучей по необычному отношению массы к заряду", — говорит Сергей Попов. 

Другая идея состояла в том, чтобы уловить следы страпелек, пробивающих Землю насквозь.

© Иллюстрация РИА Новости . NASA

Парадоксы Вселенной: масса продолжает удивлять физиков

"Их плотность, если округлить, в десять раз больше ядерной. При большой массе они могут быть очень компактными, почти как черные дыры. Страпелька, пролетев Землю со скоростью примерно пятьсот километров в секунду, вызовет слабую сейсмичность. Соответственно, искали сигналы сейсмографов, расположенных далеко друг от друга на прямой линии", — рассказывает астрофизик. 

Какое-то время общественность волновал вопрос, не опасны ли страпельки. Эдварду Виттену, американскому физику-теоретику, автору гипотезы о кусках кварковой материи, блуждающей во Вселенной со времен Большого взрыва, пришлось разъяснять, что странные капельки не опаснее кислорода в атмосфере. Впрочем, их так и не обнаружили.

"Изучение кварков — это приобретение фундаментального знания, применимого в ядерной энергетике", — считает Олег Теряев.

По его мнению, кварковую материю следует рассматривать как нечто промежуточное, катализатор чего-то. Капельки кварков хоть и маленькие, возможно, пригодятся в каком-то типе реакций.

© CERN

Страпелька — кусочек странного кваркового вещества

Дескрипторы:

РИА Наука

• #Эдвард Виттен
• #Государственный астрономический институт имени Штернберга
• #Физический институт РАН
• #Объединенный институт ядерных исследований
• #NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility)
• #Теватрон
• #Большой адронный коллайдер
• #Москва
• #Дубна
• #СССР
• #США