Ученые из Саратова разработали модель появления кварков в столкновении ядер

В Саратовском государственном университете физики построили математическое описание того, как рождаются кварки в первые моменты существования кварк-глюонной плазмы. Новая схема принимает в расчёт и возникновение частиц из-за мощного глюонного поля, и их ответное влияние на него. По словам авторов, это поможет разбираться в процессах, идущих с веществом сразу после соударения тяжёлых атомных ядер. Об этом пишет Компьютерра.

Кварки образуют протоны и нейтроны, а связь между ними поддерживают глюоны. Когда температура становится крайне высокой, кварки могут выйти из связанного состояния внутри отдельных протонов и нейтронов. Тогда и появляется кварк-глюонная плазма — материя, которая была в молодой Вселенной вскоре после Большого взрыва.

На ускорителях тяжёлые ядра сталкивают со скоростями, близкими к скорости света. Учёные стремятся понять, как материя ведёт себя сразу после удара — пока система не пришла к равновесию. Сильное глюонное поле рождает кварк-антикварковые пары. Двигаясь, кварки создают цветовые токи; они меняют поле, а оно затем влияет на образование новых частиц.

Саратовские исследователи включили такую обратную связь в единую систему уравнений. За основу взяли метод непертурбативной кинетической теории, созданный с участием С. А. Смолянского, профессора СГУ. Этот метод описывает рождение частиц из вакуума в сильном поле и позволяет следить за изменением их импульсного распределения. Раньше его применяли в квантовой электродинамике, теперь приспособили к квантовой хромодинамике.

Для упрощения расчётов физики ограничились двумя компонентами глюонного поля — всего их восемь. Поле приняли одинаковым во всех точках выбранной области, однако меняющимся во времени; направление поляризации считали постоянным. В итоге получилась замкнутая система уравнений: она одновременно показывает, как возникают кварки и как под их влиянием трансформируется глюонное поле. Модель принимает во внимание и то, что кварки и антикварки поначалу распределены неодинаково. Причина — нескомпенсированный электрический заряд некоторых кварковых подсистем.

Доцент кафедры медицинской физики СГУ Вадим Дмитриев напомнил: математическое описание столкновений частиц остаётся трудной задачей. Поэтому специалисты строят модели, помогающие вести расчёты и сверять их с экспериментами. В перспективе разработка пригодится при планировании опытов на ускорителях тяжёлых ионов. Авторы собираются расширить модель: учесть все восемь компонент глюонного поля и получить более полную картину. Статья вышла в журнале Physics of Particles and Nuclei.