Вселенная сразу после Большого взрыва оказалась удивительно «жидкой»

Столкновения частиц на Большом адронном коллайдере позволили ученым разглядеть едва заметный след, который оставляет кварк, пролетая сквозь раскаленную до триллиона градусов ядерную материю. Этот след помог узнать, какими были первые мгновения существования Вселенной.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Когда тяжелые атомные ядра сталкиваются на околосветовых скоростях внутри коллайдера, они на краткий миг превращаются в экзотическое состояние материи — кварк-глюонную плазму. Считается, что именно такая плазма заполняла Вселенную через несколько микросекунд после Большого взрыва.

«Плотность и температура такой плазмы настолько высоки, что обычная структура атомов больше не сохраняется, — объясняет соавтор исследования, доцент физики в Университете Вандербильта И Чэнь. — Все ядра перекрываются, образуя кварк-глюонную плазму, где кварки и глюоны могут двигаться за пределами ядер. Они ведут себя скорее как жидкость».

Капелька этой плазмы невообразимо мала — примерно в десять тысяч раз меньше атома — и исчезает почти мгновенно. Но даже за это время кварки и глюоны успевают течь коллективно, подобно сверхгорячей жидкости.

Физики давно хотели понять, как энергичные частицы взаимодействуют с этой странной средой. Согласно теоретических расчетов, кварк, пролетающий через плазму, должен оставлять за собой след — как лодка, рассекающая воду. «Вода выталкивается вперед вместе с лодкой, но позади на поверхности остается углубление», — поясняет Чэнь.

Чтобы обнаружить это «углубление» в плазме, команда использовала особый прием. При некоторых столкновениях одновременно с кварком рождается Z-бозон — частица, переносящая слабое взаимодействие. В отличие от кварков, Z-бозоны практически не взаимодействуют с плазмой и покидают зону столкновения невредимыми, служа точным указателем направления и энергии кварка.

Результат оказался едва уловимым: в среднем позади кварка количество плазмы уменьшается менее чем на один процент. «Это очень маленький эффект, отчасти поэтому потребовалось так много времени, чтобы продемонстрировать его экспериментально», — говорит Чэнь.

Форма и глубина этого углубления несут информацию о свойствах самой плазмы. Если плазма жидкая и течет легко, углубление быстро заполняется. Если она вязкая, как мед, углубление сохраняется дольше.

Ранняя Вселенная была непрозрачной, и телескопы не могут ее увидеть напрямую. Столкновения тяжелых ионов дают «крошечный взгляд на то, как Вселенная вела себя в ту эпоху», отмечает Чэнь. По словам авторов работы, их открытие — лишь начало: с накоплением данных ученые смогут изучить эффект точнее и узнать больше о первичной материи мироздания.

Ранее физики обнаружили скрытый порядок в столкновениях протонов.

• космос

Поделиться