Физики описали столкновение тяжелых ядер с поверхностным нейтронным слоем

Кварк-глюонная плазма — уникальное агрегатное состояние вещества, возникающее при очень высоких температурах. При этом происходит разрушение не атомов, а более мелких частиц адронов, распадающихся на кварки и глюоны. В таком состоянии материя находилась в первые мгновения после Большого взрыва, затем же, по мере расширения и охлаждения Вселенной, кварки с помощью глюонов объединились в протоны и нейтроны, а эти нуклоны сформировали ядра будущих атомов.

Вполне возможно, что кварк-глюонная плазма есть где-то на просторах Вселенной и сейчас, однако этому нет доказательств. Чтобы обнаружить ее следы, ученые стараются получить такое состояние материи в лабораториях: это возможно при столкновении разогнанных на ускорителях тяжелых ядер. Физики МФТИ и ИЯИ РАН показали, что такие установки также могут быть использованы для изучения свойств поверхностного нейтронного слоя, который характерен для тяжелых ядер.

Александр Светличный, младший научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ, один из авторов работы, рассказывает: «Для того чтобы понять, как устроены ядерные силы, мы берем два ядра и бьем их друг об друга. В зоне перекрытия ядер при столкновении образуется горячая кварк-глюонная плазма, а избежавшие столкновения нуклоны и протоны, располагавшиеся вне этой зоны и называемые спектаторами, летят вперед по направлению начального ядра и могут быть зарегистрированы». 

Авторы ранее создали модель, которая описывает процесс образования спектаторных нуклонов и ядерных фрагментов-спектаторов. Теперь они опробовали ее для решения новой задачи и выяснили, что в процессе столкновения с большим перекрытием ядер обогащенный нейтронами слой отделяется от горячей зоны подобно кожуре мандарина. Протоны и нейтроны из этой кожуры могут быть отдельно зарегистрированы и подсчитаны в специальных передних детекторах, уже много лет используемых в эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. 

Игорь Пшеничнов, профессор кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ, руководитель исследования, поясняет: «В экспериментах по ядерно-ядерным столкновениям на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН основное внимание уделяется горячей и плотной материи, возникающей в области перекрытия сталкивающихся ядер. В своей работе мы показали, что одновременное с изучением кварк-глюонной плазмы детектирование нейтронов-спектаторов и протонов-спектаторов может быть использовано для изучения поверхностного нейтронного слоя в сталкивающихся ядрах».