Создана модель рождения частиц при столкновении атомных ядер
Физики Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского разработали математическую модель, описывающую рождение кварков на начальной стадии формирования кварк-глюонной плазмы. Эта модель учитывает взаимное влияние возникающих частиц и их порождающего поля, что позволит лучше понять, как вещество меняется в экстремальных условиях после столкновения атомных ядер, как сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ. Данную информацию сообщает портал ТАСС.
Саратовские ученые объединили в своей модели описание частиц и поля, которое их порождает. Основой послужил метод непертурбативной кинетической теории, разработанный профессором кафедры нелинейной физики СГУ С. А. Смолянским. С помощью этого метода можно описывать рождение частиц из вакуума под воздействием сильного поля и отслеживать, как со временем изменяется их распределение по импульсам.
Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, являются бесструктурными и безмассовыми частицами. Их взаимодействие осуществляется посредством глюонов, которые также являются безмассовыми частицами. В предыдущих исследованиях глюонное поле заменяли упрощенными аналогами, а параметры подбирали вручную для достижения необходимого количества частиц.
При высоких температурах кварки теряют связь внутри протонов и нейтронов, образуя кварк-глюонную плазму, которая существовала во Вселенной сразу после Большого взрыва. Сегодня такое состояние вещества кратковременно создается на мощных ускорителях при столкновениях тяжелых атомных ядер, разогнанных до скорости света. Одна из задач современной физики заключается в описании процессов, происходящих сразу после столкновения, когда система еще не пришла к равновесию.
Сильное глюонное поле может порождать пары кварков и антикварков. Кварки имеют особый цветовой заряд, а их движение создает цветовые токи, изменяющие глюонное поле и влияющие на дальнейшее рождение частиц. Физики СГУ учли эту обратную связь в своих уравнениях. Ранее аналогичные подходы успешно использовались в квантовой электродинамике.
Для упрощения задачи физики учли только две компоненты глюонного поля из восьми известных. Ученые предположили, что поле одинаково во всех точках, но со временем меняется, фиксируя направление его поляризации. В результате была получена замкнутая система уравнений, описывающая рождение кварков и изменение глюонного поля под влиянием частиц. Модель также позволяет учитывать начальные различия в распределении кварков и антикварков.
На ускорителях высоких энергий проводятся многочисленные эксперименты, однако математическое описание процессов при столкновениях частиц является сложной задачей. Поэтому физики создают упрощенные модели для расчетов и сравнения с экспериментальными данными. Метод, разработанный в Саратовском университете, вырос из гидродинамики и физической кинетики и ранее успешно применялся в квантовой электродинамике. В будущем результаты работы могут быть использованы для планирования экспериментов на ускорителях тяжелых ионов.
Научный коллектив планирует постепенно усложнять модель, переходя от двух компонент глюонного поля ко всем восьми, чтобы создать более полное описание процессов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei.
