Как атомно ядро оцелява на 100 000 пъти по-горещо от центъра на Слънцето: отговорът дойде с български принос

Един деутрон е най-простото съставно атомно ядро: един протон и един неутрон, слепени заедно. Връзката между тях е слаба, енергията ѝ е няколко мегаелектронволта. А сблъсъците в Големия адронен колайдер на ЦЕРН създават температури над 100 мегаелектронволта, около 100 000 пъти по-горещо от центъра на Слънцето. Въпреки това физиците броят деутрони след всеки сблъсък.

Десетилетия наред това изглеждаше като снежинка, родена в пещ. На 10 декември 2025 г. колаборацията ALICE публикува в списание Nature обяснението: около 90% от деутроните изобщо не се раждат в огъня. Те се образуват след него, встрани от най-горещата зона.

На 9 януари 2026 г. Софийският университет съобщи, че сред авторите е и българският физик д-р Димитър Михайлов от Физическия факултет, а според университета участието му в анализа е ключово. Работата му е подкрепена от проекта SUMMIT.

Ядрото не оцелява в огъня. То изчаква да излезе от него, и чак тогава се сглобява.

Какво точно се случва

При сблъсък на два протона с висока енергия се ражда гъста и много гореща смес от частици. Сред тях в огромни количества се получават краткоживущи възбудени състояния, наречени резонанси. Ключовият е делта резонансът: частица, която живее нищожно кратко и се разпада на пион и нуклон, тоест на протон или неутрон.

Този нуклон има време. Докато се разпадне резонансът и нуклонът да измине няколко фемтометъра, което е няколко милионни от милиардната част от милиметъра, той вече е излязъл от най-горещата зона. Там среща съседен нуклон и се слива с него. Пионът, който е излетял заедно с него, отнася излишната енергия и новото ядро остава цяло.

Аналогията, която върши работа: не се опитваш да слепиш две неща насред пожара, а изчакваш вятърът да ги изнесе на два метра встрани и ги слепваш там. Разстоянието е нищожно, но е достатъчно.

Как се доказва това, при положение че никой не вижда самия процес? Чрез метод, наречен фемтоскопия. Учените измерват доколко импулсите на пионите и деутроните са свързани помежду си. Ако деутронът се е родил след разпад на резонанс, пионът от същия разпад носи отпечатък от това родство. Данните са от втория работен цикъл на колайдера.

Защо това има значение отвъд ЦЕРН

Леки ядра и антиядра не се произвеждат само в колайдера. Те се раждат и когато космическите лъчи се сблъскат с междузвездното вещество, а вероятно и в процеси, свързани с тъмната материя, невидимото вещество, което съставлява по-голямата част от материята във Вселената.

Затова детекторите в орбита търсят антидеутрони като възможен признак за тъмна материя. Проблемът е, че такъв сигнал може да бъде разпознат само ако знаем колко антидеутрони се получават по обикновения път. Ако този фон е сбъркан, всяко откритие или всяко отхвърляне на откритие е сбъркано с него.

Думите са на Димитър Михайлов, цитиран от Софийския университет. Той специализира именно фемтоскопия, а докторатът му е от Техническия университет в Мюнхен.

Какво още не знаем

Точността има граници. Прецизната стойност в статията, 88,9% с грешка от 6,3 процентни пункта, се отнася за антидеутроните, затова ЦЕРН говори за „близо 90%“, а не за точно число. Остатъкът се образува по друг път, който не е обяснен със същата увереност.

Отделен въпрос е приносът на отделния учен. Статиите на ALICE се подписват от цялата колаборация, около хиляда автори, и не отбелязват кой какво е направил. Че участието на Михайлов е ключово, е оценка на Софийския университет. В самата статия в Nature до името му е посочен адрес в Института по теоретична физика на университета в Бреслау, Полша, а позицията му в София е скорошна.

Това не омаловажава нищо. Просто описва как изглежда съвременната фундаментална физика: не един човек с идея, а хиляда души и един въпрос, който чака отговор от десетилетия.