Ученые предлагают снять нейтронную кожуру с ядра для ее изучения
Физики из Московского физико-технического института и Института ядерных исследований РАН предложили новый способ оценить толщину поверхностного нейтронного слоя в тяжелых ядрах. Работа опубликована в The European Physical Journal A.
Когда-то, в первые мгновения после Большого взрыва, наша Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из кварков и глюонов. Затем, по мере расширения и охлаждения, кварки с помощью глюонов объединились в протоны и нейтроны, а эти нуклоны сформировали ядра будущих атомов. Для того чтобы создать и изучить кварк-глюонную плазму, ученые строят на Земле огромные ускорители, в которых разгоняют тяжелые ядра до высоких энергий и сталкивают их друг с другом. В своей новой работе российские ученые показали, что такие ускорители, помимо решения их основной задачи, могут быть использованы для изучения свойств поверхностного нейтронного слоя, который характерен для тяжелых ядер.
Преобладание нейтронов над протонами на ядерной периферии было обнаружено в ранних экспериментах по изучению структуры ядра. Интересно, что свойства такого диффузного обогащенного нейтронами слоя описываются тем же уравнением состояния ядерного вещества, что и вещество столь далеких от нас нейтронных звезд. Проще говоря, зная, насколько толстым является поверхностный нейтронный слой в ядрах, можно предсказать радиус нейтронной звезды определенной массы. В настоящее время разные эксперименты дают отличающиеся друг от друга значения толщины нейтронного слоя. Поэтому важно предложить новые методы ее определения.
Александр Светличный, младший научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ, один из авторов работы: «Для того чтобы понять, как устроены ядерные силы, мы берем два ядра и бьем их друг об друга. В зоне перекрытия ядер при столкновении образуется горячая кварк-глюонная плазма, а избежавшие столкновения нуклоны и протоны, располагавшиеся вне этой зоны и называемые спектаторами, летят вперед по направлению начального ядра и могут быть зарегистрированы».
Ученые МФТИ и ИЯИ РАН ранее создали модель, которая описывает процесс образования спектаторных нуклонов и ядерных фрагментов-спектаторов. В новой работе физики применили свою модель к описанию процесса столкновения тяжелых ядер с поверхностным нейтронным слоем. Оказалось, что в процессе столкновения с большим перекрытием ядер обогащенный нейтронами слой отделяется от горячей зоны подобно кожуре мандарина. Протоны и нейтроны из этой кожуры могут быть отдельно зарегистрированы и подсчитаны в специальных передних детекторах, уже много лет используемых в эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
Игорь Пшеничнов, профессор кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ, руководитель исследования: «В экспериментах по ядерно-ядерным столкновениям на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН основное внимание уделяется горячей и плотной материи, возникающей в области перекрытия сталкивающихся ядер. В своей работе мы показали, что одновременное с изучением кварк-глюонной плазмы детектирование нейтронов-спектаторов и протонов-спектаторов может быть использовано для изучения поверхностного нейтронного слоя в сталкивающихся ядрах».
Теперь ученые предлагают проверить результаты моделирования в эксперименте на коллайдере.
На рисунке: нуклоны-спектаторы, которые предлагается регистрировать для оценки параметров поверхностного нейтронного слоя в сталкивающихся ядрах