Эксперимент на детекторе ALICE на Большом адронном коллайдере (БАК) решил задачу многолетней давности - каким образом в ходе столкновений на БАК могут появляться дейтроны (ядра дейтерия).
Каждую секунду на Большом адронном коллайдере при столкновении протонов генерируется энергия около 100 МэВ на частицу, что примерно в 100 000 раз больше, чем в ядре Солнца. В этих условиях обычная ядерная материя превращается в кварк-глюонную плазму.
Однако дейтроны при таких условиях не только образуются, но и сохраняются. При том что энергия связи протона и нейтрона в ядре дейтерия составляет всего лишь 2,23 МэВ, что значительно ниже энергий, имеющих место в БАК.
Наконец коллаборация ALICE решила эту загадку. Используя прецизионное отслеживание частиц и дейтронно-пионную фемтоскопию, они показали, что примерно 89% ядер дейтерия не образуются в первоначальном "огненном шаре". Позже они собираются из протонов и нейтронов, высвобождаемых в результате короткоживущих резонансов. При энергиях частиц 20 МэВ — гораздо более низких (и не столь высоких), чем первоначальная энергия шаровой молнии в 100 МэВ, — у этих хрупких ядер наконец появляется шанс стабильно соединиться.
Большой адронный коллайдер разгоняет протоны более чем на 99,9999% от скорости света, сталкивая их со скоростью до 40 миллионов раз в секунду. Каждое столкновение воссоздает условия, невиданные со времен микросекунд после Большого взрыва. ALICE (Эксперимент на Большом ионном коллайдере) - один из четырех основных детекторов, размещенных вокруг кольца. Перед ним стоит уникальная задача - изучить кварк-глюонную плазму - горячий "суп" из элементарных частиц, который заполнял раннюю Вселенную. В то время как другие эксперименты на БАК ведут охоту за экзотическими частицами, такими как бозон Хиггса, ALICE исследует, что происходит, когда обычная материя достигает своих пределов.
Сам детектор представляет собой цилиндрическое устройство длиной 26 метров и высотой 16 метров весом 10 000 тонн. В его основе лежит комплекс систем слежения, предназначенных для восстановления траекторий тысяч частиц при каждом столкновении с точностью до миллиметра. Задача состоит не только в том, чтобы зафиксировать хаос, но и в том, чтобы идентифицировать отдельные частицы в вихре обломков, а затем собрать воедино то, что произошло в течение фемтосекунд после столкновения.
Для этого исследования дейтронов ALICE проанализировала примерно миллиард протон-протонных столкновений, зарегистрированных во время второго запуска БАК (2015-2018), сосредоточив внимание на событиях с наибольшей кратностью, в которых около 30 заряженных частиц вылетают из одной точки столкновения. Поиск дейтронов в такой толпе требует трех уровней детектирования,
Участники коллаборации ALICE не останавливается на дейтронах.
“Естественным следующим шагом, — сказали исследователи, - является использование того же метода для изучения других легких ядер - гелия-3, трития, гипертритона”.
