МФТИ 1 июля 20 11

1. Новое состояние материи: Кварк-глюонная плазма или Сгусток ранней Вселенной В лаборатории В.И.Захаров МФТИ1 июля 2011

2. Объяснение терминов Обычная плазма – состояние, в котором есть свободные электроны и ионы ( а не атомы) Примеры плазмы (картинки).

6. Кварки и глюоны • Составляющие протонов, нейтронов • Свободных кварков и глюонов вокруг нас нет.

7. Атом me ≈0.5 MeV mn ≈1000 MeV

8. Атомное ядро mp≈ mn

9. Протон mp ≈ 1000 MeV mu,d ≈ 3..5 MeV

10. SU(3) gluСила между кварком и антикварком 12 тонн!!!e 2qQCD (2+1)QCD

11. SU(2) glue2qQCD (2+1)QCD Трёхчастичные силы

12. Кварк-глюонная плазма: • В плазме кварки и глюоны не связаны в протоны, нейтроны. • Связи между ними разорваны температурой

13. Открытие: где, когда? • 2005 год, Брукхевен, СШАНа коллайдере релятивистских ядер RHIC (Brookhaven Nat.Lab.)

14. Подтверждено наблюдение плазмы ЦЕРН (Женева). Большой адронный коллайдер, 2010-2011. (Первые указания ЦЕРН, 2000)

15. План лекции: • Будем следовать видеоролику из Брукхевена

17. Содержание ролика • Система ускорителей • Столкновение ядер золота • Кварки в ядрах • Рождение «цветной» плазмы • Плазма, как жидкость

18. Почему ускорители? • Сталкивают частицы с большой энергией. • В классической физике: разбиваем на малые части, смотрим, из чего состоит

20. Виртуальный мир • В квантовой механике: рождаются новые частицы, то, чего не было. Т.е. не только высвобождаются кварки из ядер.

21. На очень короткое время частица бывает не самой собой • Передавая , превращаем виртуальное состояние в реальное

22. Как воссоздать сейчас кусок реальной Вселенной? • - Передать нужное количество энергии • в соответствующем объёме • Что мы знаем о Вселенной?

25. Такие энергии доступны давно. • Проблема: создать такую плотность энергии в достаточно большом объёме. (Вселенная «однородна», разлетается не из точки!)

26. Поэтому ускоряют объёмные ядра, а не протоны • Площадь ядра = (атомный номер) (площадь протона)

27. Проблема «блинов» (pancakes) • Лоренцево сжатие • (глубина)= (радиус ядра)(масса ядра)/(энергия ядра)

29. «Отец» RHIC • Казалось бы, нет смысла сталкивать «два листа стекла» • Ответственность, основанная на интуиции. Т.Д. Ли… • Оправдалось результатом.

30. Tsino, Dao Lee • 1926, Нобелевская премия 1957 г., вместе с Янгом (C. N. Yang)

33. Почему вообще возможно? • Есть квантовый эффект • При фиксированном

34. Сработало и неожиданно найдено сильное взаимодействие, быстрая термализация • (листы стекла переплавили и перешли в другое стекло)

35. Итак, на RHIC воспроизвели сгусток Вселенной в момент Что узнали о Вселенной?

36. Что реально наблюдается? • - Обычные частицы • Плазма рождается, охлаждается и распадается за. Всё за !

39. Температура плазмы • Как измерить температуру за . Принцип тот же, что обычно: чем выше температура, тем сильнее светит.

41. Формула Планка • Интенсивность на единицу площади измерения • Где -частота, - температура, - константы.

42. Фотоны уходят далеко без потери энергии и регистрируются в детекторах. • Так избегают • Есть целая функция частоты – проверка термического равновесия

43. Плазма как жидкость • Важнейшие эффекты: • Эллиптический поток (elliptic flow) • Тушение струй (Jet quenching)

44. Эллиптический поток • В чём состоит эффект эллиптичности потока?

46. По короткой оси – более энергичные частицы. Почему? • Ответ: градиент давления больше по малой оси • Не наблюдалось бы в случае газа частиц

47. Тушение струй • Эффект состоит в «исчезновении» импульса отдачи энергичной частицы • Наблюдается только на ядрах

50. Как померить вязкость? Взглянем на распределение частиц Похоже на сплошную среду