В физике аномалон — гипотетический тип ядерной материи , демонстрирующий аномально большое реактивное сечение . Впервые они были замечены в экспериментальных запусках в начале 1980-х годов как короткие треки в пленочных эмульсиях или пластиковых листовых детекторах, подключенных к ускорителям частиц средней энергии . Направление треков показало, что они были результатами реакций, происходящих внутри мишеней ускорителя, но они так быстро останавливались в детекторах, что не могло быть предложено никакого очевидного объяснения их поведения. Последовал шквал теоретических объяснений, но со временем серия последующих экспериментов не смогла найти убедительных доказательств существования аномалонов, и активное изучение этой темы в значительной степени прекратилось к концу 1980-х годов.
Ранние ускорители частиц обычно состояли из трех частей: ускорителя, металлической мишени и какого-то детектора. Детекторы различались в зависимости от изучаемых реакций, но один класс недорогих и полезных детекторов состоял из большого объема фотографической эмульсии, часто на отдельных пластинах, которая улавливала частицы по мере их перемещения через стек. По мере того, как сообщество высоких энергий переходило к более крупным ускорителям и экзотическим частицам и реакциям, были введены новые детекторы, работающие на других принципах. Пленочная техника по-прежнему используется в некоторых областях; небольшие версии можно запускать на воздушных шарах, в то время как более крупные версии можно размещать в шахтах, и то, и другое для улавливания редких, но чрезвычайно высокоэнергетических космических лучей .
К концу 1970-х и началу 1980-х годов поколение ускорителей устарело из-за новых машин с точки зрения их полезности для передовых исследований. Все еще полезные для других задач, эти старые машины были направлены на широкий спектр новых исследований. Одной из особенно активных областей исследований являются столкновения между частицами с большей массой, а не фундаментальными частицами, такими как электроны или протоны . Хотя полная энергия реакции такая же или ниже, чем при использовании более легких элементарных частиц, использование более тяжелых элементов увеличивает количество продуктов реакций, выявляя низкочастотные реакции, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными. Благородные газы особенно полезны для этих экспериментов, потому что с ними легко обращаться, они нереакционноспособны и относительно недороги.
Один из таких экспериментов проводился на Bevalac в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли с использованием аргона 40, ускоренного до 1,8 ГэВ, а затем врезанного в медную мишень, снабженную детектором ядерной эмульсии. Именно здесь впервые были обнаружены аномалоны. При изучении результатов этих экспериментов было обнаружено несколько очень коротких треков, проникающих в эмульсию лишь на небольшое расстояние. Подавляющее большинство частиц продолжали проникать в эмульсию на гораздо большие расстояния, в соответствии с ожиданиями и результатами всех предыдущих экспериментов на машине. Треки, по-видимому, не были получены из внешних источников, таких как космические лучи . Дальнейшие исследования проводились с кислородом 16 и железом 56, и эти эксперименты также показали те же самые короткие треки. [1]
Для того чтобы частицы так быстро останавливались в эмульсии, они должны были либо иметь низкую энергию и, таким образом, двигаться медленно, либо быть чрезвычайно массивными и, таким образом, иметь высокую энергию, но все равно двигаться медленно, либо они реагировали с самой эмульсией и превращались в другие частицы. Первая возможность, что это были частицы с низкой энергией, не казалась вероятной, учитывая физику ускорителя. Вторая, что они имели большую массу, противоречила другим измерениям, которые предполагали, что частицы имели заряд 14, как кремний , и, таким образом, весьма вероятно, имели бы низкую массу. Это оставляло только третью возможность, что они реагировали с самой эмульсией. Это было отнюдь не редкостью, эти реакции использовались как неотъемлемая часть процесса обнаружения, но именно скорость, с которой эти реакции должны были происходить, была странной. Чтобы создавать такие короткие треки, частицы должны были реагировать гораздо быстрее, чем когда-либо видели ранее. Частицы стали известны как «аномалоны» из-за их явно аномальных скоростей реакций. Если бы они следовали тем же основным правилам, что и другие вещества, и взаимодействовали с эмульсией за счет сильного взаимодействия , их компонент сильного взаимодействия был бы примерно в десять раз сильнее известных реакций. [2]
Последовала серия экспериментов, пытавшихся воспроизвести результаты. Многие из них использовали альтернативную систему детекторов с использованием тонких листов пластика, и они не смогли обнаружить никаких доказательств аномалонов. [3] Было высказано предположение, что это было связано с тем, что поперечное сечение реакции, каким бы оно ни было, было намного выше в ядрах с большей массой, что имело место для детекторов эмульсии, но не для пластика. [4] Другие предположили, что они на самом деле впервые наблюдают кварк-глюонные супы. Семинар по этому вопросу состоялся в LBNL в 1984 году.
Однако по мере продолжения исследований число отрицательных результатов продолжало расти. [4] [5] К 1987 году интерес к теме угас, и большинство исследований в этой области прекратилось. Однако некоторые исследования продолжались, и в 1998 году Пияре Джейн заявил, что наконец убедительно продемонстрировал их, используя более крупные ускорители в Брукхейвенской национальной лаборатории и ЦЕРНе и объединив это с тонким детектором, который, как он утверждал, был ключом к проблеме обнаружения аномалонов. [6] Совсем недавно он заявил, что рассматриваемые частицы на самом деле являются неуловимым аксионом , долгое время считавшимся частью стандартной модели , но невидимым, несмотря на десятилетия поисков. [7]