Ученые создали в лаборатории плазменный файербол из космоса

Внутри и вокруг черных дыр и нейтронных звезд существует плазма — четвертое фундаментальное состояние материи. Плазма, образующаяся в условиях чрезвычайной плотности, известна как релятивистская электронно-позитронная парная плазма, поскольку состоит из набора электронов и позитронов, летящих почти со скоростью света.

Ученые впервые экспериментально создали релятивистские электронно-позитронные парные плазменные пучки высокой плотности. Результаты команда опубликовала в журнале Nature Communications. Прорыв открывает двери для последующих экспериментов, которые могут привести к фундаментальным открытиям о том, как устроена Вселенная.

Хотя парная плазма повсеместно встречается в глубоком космосе, получить ее на Земле было непросто. В эксперименте использовали установку HiRadMat на суперпротонном синхротроне в CERN. Для получения пучков квазинейтральных электрон-позитронных пар ученые использовали более 100 миллиардов протонов. Каждый протон обладает кинетической энергией, в 440 раз превышающей его энергию в покое.

Благодаря этому протон, врезаясь в атом, обладает достаточной энергией, чтобы высвободить его внутренние составляющие. Кварки и глюоны немедленно начинают рекомбинировать и в конечном итоге распадаются на электроны и позитроны.

Другими словами, в пучке, который сгенерировали в лаборатории, было достаточно частиц, чтобы он вел себя как настоящая астрофизическая плазма.

Команда также разработала методы изменения поперечного размера парных пучков, что позволяет проводить контролируемые исследования плазменных взаимодействий в масштабных аналогах астрофизических систем. Авторы считают, что это позволит на практике проверить теории, которые раньше основывались только на сложнейших расчетах.