Ученые моделируют нейтронную звезду на Большом адронном коллайдере

Москва, 21:02, 12 Дек 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Исследователи эксперимента ALICE раскрывают свойства неуловимой частицы гиперона, предположительно найденной внутри нейтронных звезд.

Вот что ученым известно о нейтронных звездах, уплотненных остатках сгоревших массивных звезд:

• Они на 95% состоят из нейтронов
• Обычно их диаметр составляет от 21 до 26 километров
• Несмотря на то, что нейтронные звезды гораздо меньше Земли, они более массивны, чем Солнце
• Ближайшая из них находится на расстоянии около 500 световых лет.

Есть также много, чего они не знают.

«Нейтронные звезды — самые плотные объекты во вселенной», — говорит Лаура Фаббиетти, физик по эксперименту ALICE. «И мы не знаем, что внутри, потому что мы не можем летать туда и заглядывать внутрь».

Но ученые из ЦЕРНа нашли способ узнать больше о недрах нейтронных звезд с помощью Большого адронного коллайдера, прямо здесь, на Земле.

Формирование нейтронной звезды под давлением

Для нейтронных звезд гравитация становится чрезвычайно сильной, приближаясь к гравитации черных дыр, упаковывая их вещество до высокой плотности.

Нейтронные звезды должны состоять из вещества, способного выдержать это давление. И природа вынуждена перестраивать любую материю под эти условия.

Например, железо считается компонентом коры нейтронной звезды, где давление является самым слабым. Немного глубже атомы железа превращаются в более тяжелые атомы. Еще глубже, электроны и протоны, которые удерживают вместе атомы, превращаются в нейтроны. В самой внутренней части звезды эти нейтроны могут быть раздроблены на частицы, называемые гиперонами.

Гипероны сродни более тяжелым версиям нейтронов, которые состоят из кварков.

Всего существует шесть типов кварков. Большая часть вещества, с которым люди взаимодействуют, за исключением электронов, построена из самых легких из этих кварков: u-кварков и d-кварков. Нейтроны, например, состоят из одного u-кварка и двух d-кварков.

Следующий тяжелый кварк называется странным или s-кварк. Замена u-кварка или d-кварка в нейтроне более тяжелым s-кварком дает гиперон.

К счастью для ученых, которые хотят изучать эту форму материи, в столкновениях на Большом адронном коллайдере (БАК) образуются все различные виды гиперонов — различные комбинации u-кварков, d-кварков и s-кварков.

Но продолжительность жизни частиц там другая. В экспериментах на БАК гипероны длятся менее миллиардной доли секунды, прежде чем распадаться на другие, более легкие частицы. Однако в нейтронных звездах гипероны должны быть стабильными. Поскольку они были бы спрессованы так близко друг к другу, не было бы места для их продуктов распада.

Их короткая лабораторная продолжительность жизни делала гипероны исторически трудными для идентификации и изучения. Но уникальные возможности детектора ALICE на БАК позволили Фаббиетти и ее исследовательской группе точно идентифицировать продукты распада гиперона и отследить эти продукты до их источника гиперона. Обновление детектора ALICE вскоре позволит исследователям собирать еще больше данных по гиперонам.