Столкновения частиц на Большом адронном коллайдере позволили специалистам заметить едва уловимый след, который оставляет кварк, проходя через раскаленную до триллиона градусов ядерную материю. Этот след открыл возможность узнать, какими были первые мгновения существования Вселенной.
Когда тяжелые атомные ядра сталкиваются на околосветовых скоростях внутри коллайдера, они на мгновение превращаются в экзотическое состояние материи — кварк-глюонную плазму. Считается, что именно такая плазма заполняла Вселенную всего 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».
Капля этой плазмы невиданно мала — примерно в десять тысяч раз меньше атома — и исчезает почти мгновенно. Но даже за это время кварки и глюоны успевают течь коллективно, словно сверхгорячая жидкость.
Физики давно стремились выяснить, как энергичные частицы взаимодействуют с этой необычной средой. По теоретическим расчетам, кварк, проходящий 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 зафиксировать это «углубление» в плазме, команда применила особый метод. При некоторых столкновениях одновременно с кварком возникает Z-бозон — частица, отвечающая за слабое взаимодействие. В отличие от кварков, Z-бозоны практически не взаимодействуют с плазмой и покидают область столкновения в целости, служа точным указателем направления и энергии кварка.
Результат оказался едва уловимым: в среднем за кварком количество плазмы уменьшается менее чем на один процент. «Это очень малый 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 легко течет, 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», подчеркивает Чэнь. По словам авторов работы, их открытие — это лишь начало: с накоплением данных ученые смогут более точно изучать эффект и узнать больше о первичной материи мироздания.
Фото: hi-tech.mail.ru
