. Дубна: 14 oC
Дата 28.09.2020

Свойства материи Вселенной первых мгновений ее жизни разбирают в подробностях физики трех российских научных центров.

И вода, и сталь, и живое человеческое тело имеют одно общее – все они состоят из кварков и глюонов, закованных в протонах и нейтронах атомных ядер химических элементов.

Совершенно иначе вели себя сразу же после Большого взрыва «спокойные» сегодня кварки и глюоны. Вселенная тогда была раскалена до температуры выше 10¹² °С и представляла собой невероятно горячую кипящую кашу из бурлящих кварков и глюонов.

Сегодняшнее состояние кварков и глюнов и взаимодействия их друг с другом описывает квантовая хромодинамика (КХД). Но к описанию кипящей ранней Вселенной известные методы квантовой хромодинамики оказались неприменимы. Нужны новые методы.

Другая крайность – очень плотная материя – сегодня наблюдается в нейтронных звездах. Но туда человек пока попасть не может. Поэтому законы взаимодействия кварков и глюнов в ранней Вселенной и в нейтронных звездах физики ищут двумя путями: в ускорительных экспериментах и в разработке новых теоретических моделей.

Высокую плотность и высокую температуру кварк-глюонной материи  ученые собираются получить в Дубне, на строящемся в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) международном коллайдере NICA. Сгустить до предела барионную материю – смесь кварков и глюонов – при относительно низких энергиях физики ОИЯИ рассчитывают в столкновениях встречных пучков ядер золота. Российские и дубненские физики участвуют также в подготовке аналогичного эксперимента с использованием фиксированной (покоящейся) мишени на установке FAIR в Дармштадте (Германия).В ОИЯИ строится коллайдер NICA

Коллайдер NICA рассчитывают запустить в 2019 году.

Пока экспериментаторы строят коллайдер NICA, российские теоретики ведут компьютерное моделирование горячей и плотной кварк-глюонной каши методом методом суперкомпьютерных вычислений в решеточной КХД.

Пионерами этих расчетов стали две научные группы из Института теоретический и экспериментальной физики (Москва) и Объединенного института ядерных исследований (Дубна). 

Качественно новый шаг в решеточных вычислениях недавно сделала российско-японская группа исследователей из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) во Владивостоке. Ее работа «Исследование кварк-глюонной плазмы методами решеточной КХД» была поддержана средствами гранта Российского научного фонда.

Атсуши Накамура (Университета Осака)Руководят проектом ДВФУ известный японский ученый, профессор Университета Осака Атсуши Накамура вместе с заведующим лабораторией «Суперкомпьютерное моделирование сложных систем» Школы биомедицины ДВФУ и сотрудником Института физики высоких энергий (Протвино) Виталием Борняковым. Со стороны Дубны с ними сотрудничает представитель Лаборатории теоретической физики ОИЯИ профессор Михаэль Ильгенфриц.

 «Представьте, что куб из тысячи автомобилей с каждой из сторон мы сожмем до размера одного кубического сантиметра. Такую плотность имеет кварк-глюонная плазма, и мы исследуем ее физические свойства. Это одна из самых актуальных проблем современной физики высоких энергий», – пояснил суть исследований Атсуши Накамура.

«Теоретическое исследование адронной материи фантастической плотности и температуры, которых нет на Земле, возможно только методами математического моделирования с помощью суперкомпьютера, – дополнил Виталий Борняков слова профессора Накамуры. – Для этого в ДВФУ был установлен уникальный компьютер, а члены научной группы написали специальную программу, с помощью которой рассчитывают найти структуру фаз кварк-глюооной материи и обнаружить линию фазового перехода на плоскости «температура — плотность». Кипящая кварк-глюонная материя рассмативается по аналогии с кипящей водой, переходящей из жидкой в газообразую фазу при кипячении.Виталий Борняков (ИВФЭ, ДВФУ)

«Проблема стандартных методов вычислений, используемых в решеточной КХД, в том, что они не работают при значительной барионной плотности (кварков больше, чем атникварков и глюонов), – пояснил детали проекта Михаэль Ильгенфриц. – Это известная «проблема знака». Владивостокская группа довольно успешно пытается обойти эту проблему с помощью разных вычислительных «трюков». Результаты такого компьютерного моделирования нужны, чтобы овладеть инструментами предсказания результатов экспериментов на коллайдере NICA».

Михаэль Ильгенфриц (ОИЯИ)«Хочу подчеркнуть, – добавил Михаэль Ильгенфриц, – что группа ДВФУ успешна не только в решеточных вычислениях, но и в привлечении на это трудное поле талантливых студентов. В Московском регионе это блистательно удалось сделать усилиями покойного профессора М. И. Поликарпова из ИТЭФ, работу которого продолжает В.В.Брагута. Я очень рад  нашему сотрудничеству с ИТЭФ и ДВФУ».

В мире всего несколько стран, где работают экспериментальные установки, предназначенные для изучения свойств кварк-глюонной материи, или готовятся такие эксперименты.  Эти страны –  США, Швейцария, Германия, Япония. И в одном ряду с ними – Россия.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить