Ученым в первый раз удалось установить температуру вещества, существовавшего в первые микросекунды после Большого взрыва.
Международная группа физиков под руководством Фрэнка Гертса из Университета Райса выяснила, насколько высокой была температура кварк-глюонной плазмы — экзотического состояния материи, которое заполняло Вселенную спустя миллионные доли секунды после ее появления.
Кварк-глюонная плазма представляет собой необычную форму материи, в которой кварки и глюоны — строительные элементы протонов и нейтронов — существуют свободно, а не заключены внутри частиц, как в обычных условиях. Это состояние возникает при невообразимо высоких температурах в триллионы градусов, то есть в тот момент, когда обычная материя расплавляется до своих основных составляющих.
Определить температуру в условиях, где не может функционировать ни один прибор, оказалось крайне трудной задачей. Однако ученые нашли оригинальное решение: в качестве «термометра» были использованы пары электронов и позитронов, возникающие при столкновениях атомных ядер — эти частицы были получены в коллайдере RHIC в Брукхейвене. Парные частицы, или лептонные пары, проходят через плазму практически без взаимодействия, сохраняя информацию о ее температуре.
«Наши измерения показывают тепловой отпечаток кварк-глюонной плазмы. Отслеживая излучение лептонных пар, мы смогли определить, насколько горячей была плазма и когда она начала остывать, получив прямое представление об условиях всего через микросекунды после зарождения Вселенной», — объясняет Гертс.
Результаты оказались весьма впечатляющими. Исследователи выявили два явных температурных диапазона. На поздней стадии развития плазмы, когда она уже начинала преобразовываться в обычную материю, средняя температура составляла примерно 2,01 триллиона кельвинов. На более ранней, энергетически насыщенной стадии температура достигала 3,25 триллиона кельвинов — это в 200 тысяч раз превышает температуру в центре Солнца.
Разница в температурах объясняется тем, что легкие пары частиц появляются позже в эволюции плазмы, когда она уже остывает, а тяжелые — на начальной, самой горячей стадии. Это позволило ученым впервые отследить, как менялась температура вещества в процессе его развития.
«Наша работа — это не просто измерение, она открывает новую эру в исследовании материи в самых экстремальных условиях», — подчеркивает Гертс. Полученные данные помогут ученым не только лучше понять, какими были первые мгновения существования Вселенной, но и раскрыть процессы, происходящие внутри нейтронных звезд, где материя существует в аналогичных экстремальных состояниях.
Фото: hi-tech.mail.ru