Ученые окончательно подтвердили, что вселенная в свои самые ранние моменты вела себя как невероятно горячая, плотная жидкость – «суп» из фундаментальных частиц, известных как кварк-глюонная плазма (КГП). Этот прорыв, достигнутый в результате высокоэнергетических столкновений в Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, предоставляет наиболее убедительные доказательства текучести материи сразу после Большого взрыва.
Первая Жидкость Вселенной
Сразу после Большого взрыва вселенная существовала в состоянии материи, которое мы никогда не наблюдали напрямую, кроме лабораторных симуляций: КГП. Эта экзотическое вещество, горячее миллиарда солнц, было не просто горячим, но и вело себя как жидкость, сопротивляясь течению, как мед, а не как газ.
Это открытие важно, поскольку оно подтверждает теоретические модели ранней вселенной и помогает нам понять, как фундаментальные силы возникли из этого хаотического состояния. Существование КГП как жидкости обсуждалось годами; теперь у физиков есть четкие экспериментальные доказательства.
Воссоздание Большого Взрыва в Столкновениях
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и ЦЕРН воссоздали условия, аналогичные тем, что существовали сразу после Большого взрыва, столкнув тяжелые ионы (свинцовые частицы) друг с другом на скоростях, близких к скорости света. Эти столкновения генерируют температуры, достаточно высокие для кратковременного формирования КГП, которое затем распадается на более знакомые частицы.
Ключевой инновацией стал новый метод анализа поведения кварков внутри этой плазмы. Вместо поиска кварк-антикварковых пар (которые создают запутанные следы), ученые сосредоточились на редких столкновениях, производящих кварк вместе с нейтральным Z-бозоном. Z-бозон не взаимодействует с плазмой, позволяя исследователям изолировать след, оставленный кварком.
«Волна» Раскрывает Текучесть
Результаты были однозначными: кварки, двигаясь сквозь КГП, замедляются и создают возмущения, подобные движению лодки по воде. Это подтверждает, что плазма — это не просто набор частиц, а связная жидкость, способная сопротивляться движению и передавать энергию. Как говорит физик Ен-Джие Ли: «Теперь мы видим, что плазма невероятно плотная, настолько, что она способна замедлить кварк и производить всплески и завихрения, как жидкость. Итак, кварк-глюонная плазма действительно является первобытным супом».
Почему Это Важно
Понимание поведения КГП имеет решающее значение по нескольким причинам:
- Физика Ранней Вселенной: Первые миллисекунды вселенной были доминированы КГП. Знание ее свойств открывает понимание формирования материи, как мы ее знаем.
- Фундаментальные Силы: То, как ведет себя КГП, дает подсказки о том, как сильное ядерное взаимодействие, связывающее кварки вместе, работает при экстремальных температурах и плотностях.
- Будущие Исследования: Экспериментальные методы, разработанные в этом исследовании, могут быть применены для изучения других высокоэнергетических столкновений и экзотических состояний материи.
«Во многих других областях науки, чтобы узнать о свойствах материала, вы должны как-то нарушить его, а затем измерить, как распространяется и рассеивается это нарушение», — объясняет физик Кришна Раджагопал.
Этот эксперимент не только подтверждает теорию; он предоставляет новый способ исследования самых экстремальных сред во вселенной. Подтверждение того, что ранняя вселенная действительно была горячим, бурлящим супом из частиц, открывает захватывающие новые возможности для понимания происхождения всего.
