Аномалон

Чтобы узнать о роде насекомых, см. Anomalon (оса) .

В физике аномалон — это гипотетический тип ядерной материи , демонстрирующий аномально большое реактивное сечение . средней энергии Впервые они были замечены в ходе экспериментов в начале 1980-х годов в виде коротких треков в пленочных эмульсиях или детекторах пластиковых листьев, подключенных к ускорителям частиц . Направление треков свидетельствовало о том, что они являются результатом реакций, происходящих внутри мишеней ускорителя, но в детекторах они прекращались так быстро, что никакого очевидного объяснения их поведения предложить невозможно. Последовал шквал теоретических объяснений, но со временем серия последующих экспериментов не смогла найти убедительных доказательств существования аномалонов, и активное изучение этой темы в основном закончилось к концу 1980-х годов.

Описание

Ранние ускорители частиц обычно состояли из трех частей: ускорителя, металлической мишени и какого-то детектора. Детекторы различались в зависимости от изучаемых реакций, но один класс недорогих и полезных детекторов состоял из большого объема фотоэмульсии, часто на отдельных пластинах, которая улавливала частицы по мере их движения через стопку. По мере того, как сообщество высоких энергий перешло к более крупным ускорителям и экзотическим частицам и реакциям, были представлены новые детекторы, работающие на других принципах. Кинотехника по-прежнему используется в определенных областях; небольшие версии можно запускать на воздушных шарах, а более крупные версии можно размещать в шахтах, чтобы улавливать редкие, но чрезвычайно высокоэнергетические космические лучи .

К концу 1970-х и началу 1980-х годов поколение ускорителей стало устаревшим из-за появления новых машин, поскольку их можно было использовать для передовых исследований. Эти старые машины, все еще полезные для других задач, были использованы для множества новых исследований. Одной из особенно активных областей исследований являются столкновения частиц с большей массой, а не фундаментальных частиц, таких как электроны или протоны . Хотя общая энергия реакции такая же или ниже, чем при использовании более легких элементарных частиц, использование более тяжелых элементов увеличивает количество продуктов реакций, открывая низкочастотные реакции, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными. Благородные газы особенно полезны для этих экспериментов, поскольку с ними легко обращаться, они нереакционноспособны и относительно недороги.

Один из таких экспериментов проводился на « Бевалаке» в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли с использованием аргона-40, ускоренного до 1,8 ГэВ, а затем врезавшегося в медную мишень, снабженную детектором ядерной эмульсии. Именно здесь впервые наблюдались аномалии. При изучении результатов этих экспериментов был обнаружен ряд очень коротких треков, проникающих в эмульсию лишь на небольшое расстояние. Подавляющее большинство частиц проникло в эмульсию на гораздо большие расстояния, что соответствовало ожиданиям и результатам всех предыдущих экспериментов на машине. Судя по всему, следы исходили не от внешних источников, таких как космические лучи . Дальнейшие исследования проводились с Кислородом-16 и Железом-56, и эти эксперименты также показали такие же короткие треки.

Чтобы частицы так быстро останавливались внутри эмульсии, они должны были либо иметь низкую энергию и, следовательно, двигаться медленно, быть чрезвычайно массивными и, следовательно, иметь высокую энергию, но при этом двигаться медленно, либо они вступали в реакцию с самой эмульсией. и превращаясь в другие частицы. Первая возможность, что это были частицы низкой энергии, казалась маловероятной, учитывая физику ускорителя. Второе утверждение, что они имели большую массу, противоречило другим измерениям, которые предполагали, что частицы имели заряд 14, как и кремний , и, следовательно, весьма вероятно, имели низкую массу. Оставалась только третья возможность: они вступили в реакцию с самой эмульсией. Это ни в коем случае не было чем-то необычным, эти реакции использовались как неотъемлемая часть процесса обнаружения, но странной была скорость , с которой эти реакции должны были происходить. Чтобы образовать такие короткие треки, частицы должны были бы реагировать гораздо быстрее, чем когда-либо прежде. Частицы стали известны как «аномалоны» из-за их явно аномальной скорости реакции. Если бы они следовали тем же основным правилам, что и другая материя, и взаимодействовали бы с эмульсией из-за Сильная сила , их составляющая сильного взаимодействия примерно в десять раз превышала силу известных реакций.

Последовала серия экспериментов с попытками воспроизвести результаты. Многие из них использовали альтернативную систему обнаружения с использованием тонких листов пластика, но они не смогли обнаружить никаких доказательств существования аномалонов. Было высказано предположение, что это произошло из-за того, что сечение реакции, каким бы оно ни было, было намного выше в ядрах с большей массой, что имело место для эмульсионных детекторов, но не для пластика. Другие предположили, что на самом деле впервые увидели кварк-глюонный суп. Семинар по этому вопросу был проведен в LBNL в 1984 году.

Однако по мере продолжения исследования количество отрицательных результатов продолжало расти. К 1987 году интерес к этой теме угас, и большинство исследований в этой области прекратились. Однако некоторые исследования продолжались, и в 1998 году Пияре Джайн заявил, что наконец убедительно продемонстрировал их, используя более крупные ускорители в Брукхейвенской национальной лаборатории и ЦЕРН и объединив их с тонким детектором, который, по его утверждению, был ключом к проблеме обнаружения аномалонов. Совсем недавно он заявил, что рассматриваемые частицы на самом деле являются неуловимым аксионом , который долгое время считался частью стандартной модели , но невидимым, несмотря на десятилетия поисков.

Ссылки

Библиография

• Кристин Саттон, «Данные об аномалонах продолжают сбивать с толку физиков», New Scientist , том 96, 1982, стр. 160
• Х. Шульц, Г. Рёпке и М. Шмидт, «Новая метастабильная фаза в ядерной материи низкой плотности и проблема аномалонов», Zeitschrift für Physik A: Atoms and Nuclei , Volume 310, Numbers 1-2 (март 1983 г.), стр. 139–140
• Дж. Д. Стивенсон, Дж. А. Массер и С. В. Барвик, «Свидетельства против образования аномалонов при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий», Physical Review Letters , том 52 (1984), стр. 515–517.
• Б. Ф. Бэйман и др., «Рождение аномалонов посредством импульсного возбуждения при столкновениях релятивистских тяжелых ионов», Physical Review Letters , том 53 (1984), стр. 1322–1324.
• М. Эль-Нади и др., «Поиск аномалонов, образующихся в ядерной эмульсии ионами 40Ar с энергией 1,88 ГэВ», Журнал физики G: Ядерная физика , том 13, номер 9 (сентябрь 1987 г.), стр. 1173–1178.
• К. Д. Толстов, «Об аномалонной интерпретации столкновений 40Ar + Cu при энергии 0,9 и 1,8 А ГэВ», Zeitschrift für Physik A: Hadrons and Nuclei , Том 333, номер 1 (март 1989 г.), стр. 79–82.
• Летиция Габаглио, «Я нашла Аномалон» , Галилей , 14 марта 1998 г.
• «Физики обнаружили крошечную частицу без заряда, с очень малой массой и временем жизни менее наносекунды», ScienceDaily , 7 декабря 2006 г.