Исследователи из Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Университета Рочестера создали высокоплотные «плазменные огненные шары», воспроизводящие условия, естественно возникающие вокруг черных дыр и нейтронных звезд.
Черные дыры и нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов в космосе. Вокруг них находятся плазмы, состоящие из пар электронов и позитронов. Длительное время у ученых не получалось воссоздать эти плазмы в лабораторных условиях.
Новый эксперимент прошел на суперпротонном синхротронном ускорителе ЦЕРН (SPS). Электрон-позитронные пары были сгенерированы с использованием одного пучка излучения, похожего на излучение Большого адронного коллайдера. Пучок состоял из 300 млрд протонов с импульсом 440 ГэВ/c2. Длительность излучения составила 250 пикосекунд.
Пучок облучал твердую мишень из графита, обладающего низким импедансом (комплексным, полным сопротивлением переменному току — Z), и танталового преобразователя с высоким Z.
Электрон-позитронные пары были получены в результате адронизации кварков и глюонов внутри графита. Это создает поток пионов, каонов и других адронов в масштабах, сопоставимых с длиной ядерного взаимодействия в графите. Образуется большое количество ультрарелятивистских нейтральных пионов, которые почти мгновенно подвергаются электромагнитному распаду с образованием сильно коллимированного потока гамма-лучей. Затем генерируются электромагнитные каскады с помощью пар, производящих гамма-лучи, в высокочастотном танталовом преобразователе. Дополнительные пары создаются путем последующего тормозного излучения электронов и позитронов.
Созданные в результате эксперимента квазинейтральные электрон-позитронные пары демонстрировали поведение, характерное для настоящих плазм в космосе.
Работа специалистов LLE открывает
возможность прямого исследования микрофизики парной плазмы в режимах, которые сложно смоделировать или измерить с помощью астрономических наблюдений.
