Лазерни оръдия и 100 милиарда протона: учените създадоха „мини черна дупка“
Експеримент в ЦЕРН откри нови хоризонти за научни проучвания.
Учени съумяха да основат на Земята „ плазмени огнени кълба “ с висока компактност, които възпроизвеждат изискванията, естествено срещащи се при черните дупки и неутронните звезди. Този пробив бележи първото сполучливо основаване на релативистична плазма от двойки електрон-позитрон в следени лабораторни условия – положение на материята, което нормално се среща единствено в космоса. Работата е осъществена в границите на интернационалното съдействие сред учени от Лабораторията за лазерна енергетика (LLE) към Университета в Рочестър.
Създаването на релативистична плазма от двойки електрон-позитрон е значима стъпка в науката за плазмата и може да помогне за задълбочаване на разбирането за най-екстремните области на нашата Вселена.
Най-плътните обекти във Вселената
Черните дупки и неутронните звезди са измежду най-плътните обекти в Космоса. Около тези свръхплътни небесни тела има плазма, формирана от електрони и позитрони, които се движат със скорост, близка до тази на светлината. Въпреки че сходна релативистична плазма е постоянно срещана във Вселената, учените от дълго време изпитват усложнения да я пресъздадат в лабораториите.
Сега откриватели от Университета в Рочестър и техни сътрудници от чужбина съумяха да проведат опит, при който се получиха два до три пъти повече плазмени двойки, в сравнение с се съобщаваше по-рано.
„ Лабораторното основаване на плазмени огнени кълба, формирани от материя, антиматерия и фотони, е главната цел на проучванията на високоенергийната компактност “,
казва Чарлз Арроусмит, физик от Оксфордския университет, който скоро ще се причисли към ЛЛЕ. Арроусмит.
Той е водещият създател на новото проучване и споделя, че предходните ограничавания се дължат основно на теоретичните проучвания, които се пробват да характеризират тези неповторими плазми, без да съумеят да ги основат в лаборатория.
„ Релативистките плазми от електронно-позитронни двойки са постоянно срещани в рисковите астрофизични среди, като да вземем за пример магнитосферите на черните дупки и неутронните звезди, където акреционните струи и ветровете на пулсарите са обогатени с електронно-позитронни двойки “,
пишат Arrowsmith и сътрудниците му в своето проучване.
Създаване на плазмени огнени кълба в лабораториите
Пробивният опит на Арроусмит и екипа от Рочестър е извършен в оборудването HiRadMat на ускорителя Super Proton Synchrotron (SPS) в ЦЕРН в Женева, Швейцария. Използвани са над 100 милиарда протона от ускорителя SPS, всеки от които с 440 пъти по-висока кинетична сила.
По време на опита екипът основава квазинеутрални двойки електрон-позитрон, които демонстрират държание, типично за действителната плазма в космоса.
„ Представяме първите пробни резултати, които удостоверяват основаването на релативистични електрон-позитронни двойки с висока компактност, квазинеутрални, благодарение на вързоп от 440 GeV/s в ускорителя SPS на ЦЕРН “,
пишат учените в своето проучване.
Арроусмит съобщи, че новото достижение „ открива напълно нова граница в лабораторната астрофизика„, като добави, че резултатите на екипа разрешават „ пробно да се изследва микрофизиката на гама-изригванията и струите на блазарите„.
В допълнение към сполучливото основаване на астрофизична плазма изследователският екип е създал и нови способи за конфигуриране на сдвоени лъчи, които ще разрешат следени проучвания на плазмените взаимоотношения в бъдеще. Това може да докара до забележителен нов прогрес спрямо предходните проучвания, основани най-вече на симулации.
„ Сателитните и наземните телескопи не могат да следят фините елементи на отдалечените обекти и ние разчитахме на числени симулации “, споделя Джанлука Грегори, професор по физика в Оксфордския университет и съавтор на новото проучване. „ Лабораторната ни работа ще ревизира и удостовери тези прогнози “,
добавя той.
