Еженедельник
Объединенного института ядерных исследований
(Электронная версия с 1997 года)
Архив Содержание номера О газете На главную Фотогалерея WIN

N 45(3934) от 28 ноября 2008:

Версия N 45 в формате pdf (~5.1 Mb)

Горизонты научного поиска

Флуктоны Блохинцева и смешанная фаза

Большой адронный коллайдер - сегодня самый крупный проект в физике высоких энергий. Но не все вопросы этой области науки подвластны европейскому гиганту. Как глазами не все удается разглядеть, передвигаясь со скоростью космической ракеты, так и при столкновении частиц, летящих почти со скоростью света, многие физические эффекты оказываются не замеченными самыми чувствительными приборами. Для изучения более тонких эффектов физики частиц строят менее мощные ускорители - FAIR в Дармштадте и NICA в Дубне. Кварк-глюонная плазма и смешанная фаза ядерной материи - вот что будут искать физики с помощью этих установкок. О перспективах изучения смешанной фазы в России на ускорительном комплексе NICA размышляет в беседе с корреспондентом еженедельника "Дубна" заведующий лабораторией ИТЭФ, член-корреспондент РАН Алексей Борисович КАЙДАЛОВ.

Алексей Борисович, смешанная фаза ядерной материи интересует многих, но мало что о ней пока известно. Есть принципиальные трудности, которые мешают теоретикам разобраться в этой проблеме?

Вопрос о том, что происходит при столкновениях тяжелых ионов, непростой. Полного согласия у теоретиков здесь нет. Эксперименты на коллайдере RHIC в Брукхейвене говорят о том, что если есть некое плотное состояние ядерного вещества, то оно связано именно с какими-то фундаментальными вещами в квантовой хромодинамике. Для того, чтобы исследовать фазовую диаграмму при большой барионной плотности - когда барионов рождается значительно больше, чем антибарионов, - как раз и предназначены ускорители тяжелых ионов при сравнительно низких энергиях: коллайдер NICA, установка FAIR и тот ускоритель, что работает в ИТЭФ.

При высоких энергиях коллайдера RHIC в центральной области столкновения пучков рождается примерно одинаковое количество протонов и антипротонов, нейтронов и антинейтронов. Поэтому там образуется, в основном, такое состояние вещества, которое характеризуется близким к нулю химическим потенциалом: все аннигилирует, и не чувствуется никакого барионного заряда. На коллайдерах же NICA и FAIR барионный заряд чувствуется.

Вообще, в области больших барионных зарядов теория очень плохо разработана. Известно, например, о существовании цветовой сверхпроводимости при совсем больших плотностях и довольно малых температурах, которая, возможно, присутствует в недрах нейтронных звезд. Но то, что изучается реально, - это какая-то промежуточная область. Нужно же искать проявления большого барионного числа, которое, возможно, существует при переходе через фазовую кривую, отделяющую адронную фазу от кварк-глюонной фазы. Есть возможность, что существует область смешанной фазы. И это надо изучать, это очень интересный вопрос.

Способы изучения в проектах NICA и FAIR отличаются тем, что в первом случае сталкиваются пучки и разлетающиеся осколки отслеживаются многоцелевым детектором во всех направлениях, а во втором - пучок бьет по неподвижной мишени, и то, что попадает за мишень, детектором не фиксируется. Какой из способов на ваш взгляд более перспективен?

Дело не столько в схеме столкновения пучков, сколько в самом принципе поиска явления. Даже на RHIC существует много красивых экспериментов, но пока непонятно, каким должен быть эксперимент для поиска смешанной фазы. Непонятно, что именно и как детектировать. Какое событие укажет, это был или не был фазовый переход? Потому что в этой области фазовой диаграммы теория пока плохо разработана. Возникает вопрос, как пробраться в заветную область высоких барионных плотностей?

На мой взгляд, изучать это явление так, как делается на RHIC и планируется делать на FAIR - просто средние события: столкнули, посмотрели, - все равно, что искать иголку в стоге сена. Интерпретация результатов таких экспериментов будет очень сложной. Потому что ищут то, что сильно меняется, и это, якобы, и должен быть фазовый переход. Но пока никаких резких изменений не обнаружено, и очень сильно повезет, если вдруг обнаружат.

А что можно предложить взамен изучения средних событий?

В коллайдерах NICA и FAIR планируется достаточно высокая интенсивность, и с теоретической точки зрения здесь можно получить интересные и очень перспективные вещи. Мне кажется, что неплохо было бы обратить внимание на кумулятивные процессы, которые уже давно изучаются. Россия и Дубна, в частности, являются пионерами в этом направлении (этим занимался академик А.М.Балдин).

До сих пор это делалось так: ускоренные пучки разных частиц направляли на ядра и смотрели на те частицы, что вылетали в область, которую невозможно образовать при взаимодействии с отдельным нуклоном ядра. Конечно, нуклоны в ядре двигаются, и эта область немного расширяется за счет ферми-движения. Но если уйти далеко в эту область, то никакое ферми-движение не поможет. Там чувствуется нечто необычное. Часто это трактуется как взаимодействие с динуклонным или тринуклонным кластером.

Что значит динуклонный кластер? Это означает, что кварки обоих нуклонов сблизились так, что два нуклона перекрылись, а кварки как бы обобществились. Возникает кварковый мешок из шести кварков. Когда-то Д.И.Блохинцевым для этого явления было введено хорошее понятие "флуктон". Оно, к сожалению, не получило распространения на Западе, хотя и вполне адекватно процессу. "Флуктон" - это флуктуация плотности ядерной материи. Эти флуктуации плотности возникают время от времени за счет обмена кварками между нуклонами ядер. И важно, что эти флуктуации мы видим в экспериментах.

Кумулятивные процессы обладают очень интересными свойствами, похожими на то, что теоретики думают о проявлениях кварк-глюонной плазмы. Например, повышенный выход странных частиц. И действительно, в столкновениях тяжелых ионов наблюдается повышение их выхода на 15-25 процентов, а в кумулятивных процессах по отношению к К-мезонам наблюдается гораздо более сильное повышение - до 100. Поперечный импульс - до 1-2 ГэВ, в то время как на RHIC - это 500 МэВ. То есть здесь очень большие температуры. На языке фазовой диаграммы КХД - это маленький кусочек материи, подобный пузырьку пара в кипящей жидкости.

И как же эти "пузырьки" увидеть в экспериментах?

Есть надежда, что когда сталкиваются пучки, то в ядре эти "пузырьки" плотной барионной материи с большим количеством кварков внутри появляются и исчезают, как при кипении жидкости. Если при столкновении двух ядер кумулятивных частиц станет больше, то можно экспериментально наблюдать их довольно четко, и не надо специально придумывать, как их регистрировать.

Я думаю, что эти пузырьки-дроплеты ядерной материи есть уже в быстро движущихся ядрах. При ядерном взаимодействии эти маленькие пузырьки начнут сливаться друг с другом, образуя большие пузыри. Эксперимент (триггеры) прямо настраивается на то, чтобы увидеть эти скопления кварков. И это можно делать именно при энергиях коллайдера NICA на краях кинематической области. Эту модель кумулятивных явлений надо расширить на взаимодействия тяжелых ионов. Принципиальных проблем я не вижу. MPD-детектор очень хорошо подходит. Дополнительных расходов на такие эксперименты по сравнению с существующим проектом коллайдера NICA не потребуется. Правда, для таких экспериментов еще нет достаточной рекламы.

Да, сейчас основное внимание уделяется экспериментам на LHC и ожидания сконцентрированы в области его сверхвысоких энергий...

Это правда, ведь область высоких энергий, в которой будут работать коллайдеры NICA и FAIR, уже очень "заезжена" - знаете, на Западе обычно все набрасываются на что-то и начинают долбить. Потом мало что остается - оказывается, что все уже раздолбили. Но эта область, - область кумулятивных частиц, как оказалось, развивалась только в Советском Союзе и в России. У нас накоплен опыт. Мы хорошо понимаем эти исследования. Есть теоретики, которые над этим работают, есть экспериментаторы, которые этим занимаются. А на Западе люди этого почти не знают.

Я как-то говорил с нобелевским лауреатом Вильчеком, который получил Нобелевскую премию за асимптотическую свободу в КХД, так вот эти идеи, связанные с высокой барионной плотностью, ему очень интересны. Я ему рассказал о кумулятивных частицах. Он попросил прислать ссылку. Но это как раз и оказалось затруднительным - почти ничего в этой области не написано обзорного по-английски. На Западе только отдельные весьма образованные экспериментаторы знают, что такие процессы есть. Но до того, чтобы применить их к тяжелым ионам, их мысли просто не доходят.

Поэтому мне кажется, что эти задачи стоило бы очень внимательно обсудить в связи с экспериментами на коллайдере NICA - его область энергий идеальна для исследования кумулятивных явлений как одной из немногих возможностей прорваться в эту область. В пузырьках плотной барионной материи большое количество кварков заключено в малом объеме, так что расстояния между ними тоже невелики. А это значит, что есть надежда использовать теорию возмущений, где теоретики сильны и могут пытаться предсказывать свойства.

Наталия ТЕРЯЕВА


 Редакция Веб-мастер ЯРЮРХЯРХЙЮ