Физиктер ұзақ уақыт бойы неге жеңіл атом ядролары бөлшектердің соқтығысуы кезінде пайда болатын өте жоғары температураларда жойылып кетпейтінін түсіне алмады. Жаңа зерттеулер бұл ядролар соқтығысу ортасында емес, салқындау аймақта түзіліп, сондықтан аман қалатынын көрсетті.

Үлкен адрондық коллайдердегі экстремалды жағдайлар

Үлкен адрондық коллайдерде (ҮАК) жүргізілген тәжірибелер кезінде температуралар Күннің ортасындағыдан жүз мың есе жоғары болады. Мұндай жағдайлар атом ядроларындағы байланыстарды бұзуы тиіс сияқты көрінеді. Алайда жеңіл ядролар мен олардың антиматериалдық баламалары соқтығысу аймағынан аман-есен шығады, бұл ғалымдар үшін ұзақ уақыт бойы жұмбақ болып келді.

Жеңіл ядролардың түзілу механизмін ашу

ALICE коллаборациясы жеңіл ядролармен жүретін процестерді эксперименттік деректер арқылы мұқият зерттеді. Бұл жұмыстың нәтижелері Nature журналында жарияланды.

Ғалымдар дейтрондарды (бір протон мен бір нейтроннан тұратын ядро) және антидейтрондарды (антипротон мен антинейтрон) зерттеді, олар ҮАК-тағы жоғарыэнергетикалық протон соқтығысуы кезінде түзіледі. Талдау көрсеткендей, дейтрондар мен антидейтрондардың шамамен 90%-ы соқтығысу сәтінде емес, кейінгі ядролық синтез нәтижесінде, соқтығысу барысында пайда болған бөлшектерден түзіледі. Дейтрон түзілуіне қатысатын бөлшектердің бірі қысқа өмір сүретін бөлшектің ыдырауы кезінде пайда болады.

Қысқа өмір сүретін бөлшектердің рөлі

Зерттеушілер дейтрондар мен пиондардың (кварк-антикварк жұбынан тұратын бөлшектер) импульстерін өлшеді. Олар осы бөлшектердің импульстері арасында корреляция барын анықтады, бұл олардың ортақ шығу тегін, яғни қысқа өмір сүретін бөлшек — дельта-резонанстың (Δ-резонанс) ыдырауы кезінде пайда болатынын көрсетеді. Бұл бөлшек триллионның триллионнан бір секундында пион мен нуклонға (протон немесе нейтрон) ыдырайды. Кейін нуклон басқа нуклондармен бірігіп, дейтрон сияқты жеңіл ядролар түзе алады.

Ядролардың салқындау ортада түзілуі

Ядролық синтез соқтығысу нүктесінен аздап қашықтау, салқындау ортада жүреді. Бұл жаңа түзіле бастаған ядролардың аман қалу мүмкіндігін айтарлықтай арттырады. Мұндай механизм бөлшектерге де, антибөлшектерге де тән. Физиктер дейтрондар мен антидейтрондардың түзілуін бірдей процесс басқаратынын анықтады.

Ашылымның ғылым үшін маңызы

ALICE тәжірибесінің өкілі Марко ван Левеннің айтуынша, бұл нәтижелер зерттеу саласында маңызды кезең болды. Олар ядролардың кварк пен глюондардан қалай түзілуін түсінудегі олқылықты толтырып, физикадағы жаңа теориялық модельдерді дамытуға құнды материал береді.

Астрофизика мен космологияға әсері

Бұл ашылым астрофизика мен космология үшін де үлкен маңызға ие болуы мүмкін. Жеңіл ядролар мен антиядролар ғарыштық сәулелердің жұлдызаралық ортамен әрекеттесуінде, сондай-ақ қараңғы материямен байланысты процестерде түзіледі. ALICE-тің жаңа эксперименттік деректері ғарышта жеңіл ядролардың түзілуін модельдеуге берік негіз береді. Бұл ғалымдарға ғарыштық сәулелер туралы деректерді дәлірек түсіндіріп, қараңғы материяның іздерін іздеуге мүмкіндік береді.