Най-силното известно засега магнитно поле във Вселената е открито в ядрената материя. Полето се генерира от електрическия ток, индуциран в кварките и глуоните, които се освобождават, след като частиците се сблъскват в колайдер.

Това съобщава международно сътрудничество на учени, работещи с данни, получени в Релативисткия колайдер на тежки йони (RHIC - Relativistic Heavy Ion Collider) в Националната лаборатория Брукхейвън в САЩ,

Смята се, че неутронните звезди, най-плътните познати обекти във Вселената, имат най-силните магнитни полета с големина 10¹⁴ гауса. От друга страна, магнитното поле около нашата планета, което ни предпазва от космическата радиация и частиците, излъчвани от Слънцето, е едва 0,5 гауса.

Въпреки това учените отдавна смятат, че нецентрални сблъсъци на тежки атомни ядра като златото могат да генерират мощни магнитни полета, за които се прогнозира, че достигат 10¹⁸ гауса, което вероятно ги прави най-силните магнитни полета в нашата Вселена.

Такова поле обаче не трае много дълго и се разсейва за 10^-23 секунди, което е десет милионни части от милиардната част от милиардната част от секундата, което го прави почти невъзможно за наблюдение.

Учените могат да проследят траекториите на частиците, възникващи при сблъсъците на тежки йони в Релативисткия колайдер на тежки йони (RHIC - Relativistic Heavy Ion Collider), с помощта на детектора STAR. Кредит: Roger Stoutenburgh and Jen Abramowitz/Brookhaven National Laboratory

Косвено наблюдение

Ако е налице магнитно поле, то със сигурност ще окаже влияние върху движението на заредените частици, а също така ще индуцира електромагнитни полета.

"Искахме да видим дали заредените частици, генерирани при нецентрални сблъсъци на тежки йони, се отклоняват по начин, който може да бъде обяснен единствено със съществуването на електромагнитно поле в миниатюрните частици на QGP (плазма от кварки и глуони - Quark–gluon plasma), създадени при тези тежки йонни сблъсъци", разказва Айхун Тан (Aihong Tang), физик от лабораторията в Брукхейвън, участвал в изследването.

След това изследователите използват сложни детекторни системи, за да проследят колективното движение на различните заредени частици. Те също така искат да се уверят, че при наблюденията им са изключени отклонения, причинени от заредени кварки. За щастие тези заредени кварки създават картина в противоположна посока, което улеснява разграничаването им.

Интересното е, че изследователите наблюдават тези сигнали не само при нецентрални сблъсъци на тежки ядра като златото при висока енергия, но и при такива на по-малки ядра като рутений с рутений и цирконий с цирконий при ниска енергия от 200GeV. Това е наблюдавано и при сблъсъци на ядра на злато с енергия 27 GeV, което прави ефекта универсален.

Скица на сблъсък на тежки йони в лабораторната рамка. Параметърът на удара и посоката на лъча са по протежение на ос х и ос z, съответно. Равнината х - z се нарича равнина на реакция. Участващите нуклони в областта на припокриване създават гореща и плътна среда от кварк-глуонна плазма. Ядрените фрагменти генерират силни електромагнитни полета. Кредит:  M. I. Abdulhamid et al. (STAR Collaboration); Phys. Rev. 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.011028 

С какво е полезно това?

Сега, когато учените са наблюдавали индукцията на Фарадей - магнитни полета индуцират електромагнитно поле - в QGP, те вече могат да я използват, за да изследват проводимостта на QGP, нещо, което никой не е правил досега. Измерването е доста просто, тъй като отклонението на частиците е правопропорционално на силата на магнитното поле и проводимостта на QGP.

Познавайки магнитните и електромагнитните свойства на QGP, учените могат също така да определят условията, при които свободните кварки и глуони се сливат, за да образуват адрони - протони и неутрони, които изграждат атомните ядра.

"Искаме да очертаем ядрената "фазова схема", която показва при каква температура кварките и глуоните могат да се разглеждат като свободни и при каква температура ще "замръзнат", за да се превърнат в адрони", заявява Ган Уан (Gang Wang), физик от Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който също участва в колаборацията.

"Тези свойства и фундаменталните взаимодействия на кварките и глуоните, които са опосредствани от силното взаимодействие, ще се променят при екстремно електромагнитно поле. Можем да изследваме тези фундаментални свойства в друго измерение, за да получим повече информация за силното взаимодействие."

Справка: Observation of the Electromagnetic Field Effect via Charge-Dependent Directed Flow in Heavy-Ion Collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider; M. I. Abdulhamid et al. (STAR Collaboration)
Phys. Rev. X 14, 011028 – Published 23 February 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.011028 

Източник: Scientists discover strongest known magnetic fields inside nuclear matter, Interesting Engineering

Още по темата

10/01/2023

Физика

Нов метод позволява на физиците да „надникнат“ в атомните ядра

02/08/2021

Физика

Генерирана е материя директно от светлина - явление, предсказано преди повече от 80 години

16/06/2019

Физика

Три загадки на протона остават век след откриването му

15/01/2018

Физика

За изненада на физиците частици отиват в "грешната" посока (видео)