Наука і цікавості

Квантовий експеримент і пионный гелій. Частина I

Красива умовна схема піонного гелію авторства Max Planck Institute of Quantum OpticsИзучение властивостей екзотичної матерії представляє особливий інтерес для вчених. І ось чому.Справа в тому, що вивчення мікросвіту вкрай обмежено нашими технічними можливостями.

По-перше, у нас просто немає інструменту, який би дозволив контролювати поведінку одного єдиного квантового об’єкта в кожен момент часу, будь то атом або елементарна частинка, як це можна зробити в класичній фізиці. Все що ми можемо, це надавати їм певні початкові характеристики, такі як енергія і імпульс. По-друге, ми не можемо розглянути сам процес взаємодії квантових об’єктів, можемо лише виміряти їх характеристики після того, як вони провзаимодействуют.

Все разом це означає, що зазвичай нам доступні дані про характеристики об’єктів до і після взаємодії, а сам процес взаємодії ми відновлюємо з допомогою теоретичних побудов. Крім того, зазвичай в експериментах беруть участь складові частинки (ті ж протони на БАК), а значить, при взаємодії таких частинок одночасно протікає безліч процесів.Таким чином, в експериментах з квантовими об’єктами перед науковцями постає проблема: як зрозуміти, яким взаємодій відповідають отримані дані? Одне з рішень – це будівництво прискорювачів, де можна чітко проконтролювати як тип використовуваних об’єктів, так і їх характеристики.

Оптимальним варіантом з цієї точки зору є прискорювачі електронів. За сучасними уявленнями електрони не володіють внутрішньою структурою, а отже, розпізнавати реакції з ними простіше. Або прискорювачі, здатні розігнати складові квантові об’єкти (протони, наприклад) до таких швидкостей, щоб бесструктурные елементи, з яких складаються ці об’єкти, взаємодіяли при зіткненні тільки попарно.

Тобто один елемент квантового об’єкта «бився» тільки з одним елементів іншого.Електрон взаємодіє тільки з одним із трьох елементом протона, але все одно народжується три додаткових частинки.Другий варіант вирішення проблеми розпізнавання експериментальних даних полягає у створенні складних квантових систем з прогнозованими властивостями, таких як екзотичні атоми.

Перевага тут у відносно невеликій енергії, необхідної для їх створення, і відносній простоті їх внутрішньої структури та взаємозв’язків між їх субатомными частинками. Але є тут і труднощі – зазвичай синтез екзотичних атомів вимагає великої акуратності в маніпуляціях з «вихідними інгредієнтами». Підводячи підсумок, можна сказати, що будівництво прискорювачів високих енергій, ні використання властивостей екзотичної матерії не дає вченим ідеальної експериментального майданчика для квантових експериментів.
Тому і використовуються обидва варіанти.У наступній частині поговоримо про пионном гелії і про те, чому він цікавий вченим.

Related posts

Leave a Comment