Ученые смоделировали Большой взрыв: Вселенная была похожа на суп
Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой крайне плотную плазму с температурой в триллионы градусов. В новом эксперименте учёные получили первые доказательства того, что эта первичная масса вела себя как жидкость, образуя брызги и вихри. Работа опубликована в Physics Letters B.
Так называемая кварк-глюонная плазма была первой и самой горячей жидкостью, существовавшей в природе. Модели показывают, что её температура превышала температуру солнечной поверхности примерно в миллиард раз и держалась всего несколько миллионных долей секунды, после чего вещество расширилось, остыло и начало формировать атомы.
Физики из Массачусетского технологического института и ЦЕРН изучили свойства этой плазмы, воссоздав столкновения тяжёлых ионов. Их интересовало, как ведут себя кварки внутри этой среды: движутся ли они как в плотной жидкости или рассеиваются случайно, как отдельные частицы.
Для ответа на этот вопрос команда проанализировала данные о столкновениях частиц свинца, происходящих почти на скорости света внутри Большого адронного коллайдера. Такие взаимодействия порождают потоки высокоэнергетических частиц и крошечные капли кварк-глюонной плазмы, которая существовала в ранней Вселенной.
Используя новую методику анализа, учёные проследили движение кварков внутри плазмы и оценили её энергию. Йен-Джи Ли отмечал, что плазма настолько плотная, что может заметно замедлять кварк и создавать вихревые структуры, что подтверждает её жидкоподобные свойства.
Кварки, проходящие через плазму, отдавали ей часть энергии и оставляли за собой своеобразный след — аналогичный тому, что образует быстро движущаяся лодка на воде. Кришна Раджагопал объяснял, что эта аналогия помогает понять передачу импульса от кварка окружающей среде. Однако в отличие от чёткой волны на воде, след в плазме крайне хаотичен, и его сложно выделить среди тысяч взаимодействующих частиц.
Обычно кварки возникают в паре с антикварками, что усложняет наблюдения. Поэтому вместо таких пар исследователи искали редкие события, когда в результате столкновения образуются кварк и Z-бозон — частица, которая не взаимодействует с плазмой. Из 13 миллиардов столкновений лишь около двух тысяч содержали Z-бозон, но именно они позволили увидеть след одного кварка. Полученные данные показали, что плазма реагирует как жидкость, формируя брызги и завихрения.
Раджагопал называл такие результаты убедительным подтверждением жидкоподобного поведения QGP, хотя обсуждение в научном сообществе, вероятно, продолжится. Тем не менее новая методика открывает возможности для изучения аналогичных процессов в других высокоэнергетических экспериментах.
Учёный отмечал, что во многих областях науки свойства материалов выявляются через воздействие на них и наблюдение за тем, как распространяются возникающие эффекты. В физике элементарных частиц это порой означает одно — разогнать частицы почти до скорости света и посмотреть, что произойдёт.
Рекомендуем также:
