Учёные из ЦЕРНа, работающие с Большим адронным коллайдером (БАК), подтвердили, что самое раннее состояние Вселенной — триллионноградусная плазма из кварков и глюонов — вела себя как жидкость, что подтверждает идею о том, что ранняя Вселенная была буквально «первичным бульоном». Это открытие предоставляет ключевые доказательства для понимания условий, существовавших сразу после Большого взрыва, когда впервые сформировались фундаментальные частицы.
Воссоздание Ранней Вселенной
Кварк-глюонная плазма (КГП), состояние материи, которое существовало лишь доли миллионной секунды после рождения Вселенной, теперь искусственно воссоздаётся путём столкновения тяжёлых ионов свинца на скоростях, близких к скорости света, внутри БАК. При этих экстремальных условиях кварки и глюоны, обычно заключённые внутри протонов и нейтронов, высвобождаются, временно имитируя среду ранней Вселенной.
Исследователи из MIT, используя детектор Compact Muon Solenoid (CMS) БАК, наблюдали, что частицы, движущиеся сквозь эту КГП, создают «волны», подобные тем, которые оставляет лодка, рассекающая воду. Это поведение доказывает, что плазма реагирует на движущиеся частицы как жидкость, а не как отдельные, случайно разлетающиеся частицы. Эта сплочённость и определяет её как жидкость.
Подтверждена «Гибридная Модель»
Полученные результаты поддерживают «гибридную модель» КГП, которая предсказывала эту жидкостно-подобную реакцию. Предыдущие эксперименты затруднялись обнаружением этих волн, поскольку противоположно заряженные кварки маскировали эффекты друг друга. Команда MIT разработала новый метод, сместив фокус с пар кварков на анализ взаимодействия между кварками и нейтральными Z-бозонами. Z-бозоны оказывают минимальное влияние на окружающую плазму, что позволяет исследователям изолировать и наблюдать волны, создаваемые исключительно кварками.
После анализа 13 миллиардов столкновений в БАК, команда выявила более 2000 случаев, когда кварк оставлял чёткий волновой след, соответствующий динамике жидкости. Это доказательство подтверждает, что КГП — не просто жидкость, а настоящая жидкость, способная замедлять движущиеся частицы и генерировать рябь.
Последствия для Космологии
Это открытие имеет важное значение, поскольку оно подтверждает теоретические модели ранней Вселенной и даёт представление о формировании материи. КГП была не только первой жидкостью, но и самой горячей — при триллионах градусов. То, что она является почти идеальной жидкостью, означает, что её компоненты текла вместе плавно, без трения.
«Мы впервые получили прямые доказательства того, что кварк действительно увлекает за собой больше плазмы по мере движения», — сказал Ен-Джие Ли, член команды из MIT. «Это позволит нам изучать свойства и поведение этой экзотической жидкости с беспрецедентной точностью».
Возможность изучения этого первичного бульона позволит нам уточнить наше понимание самых ранних моментов Вселенной и условий, породивших материю, которую мы видим сегодня.
