Вчені CERN, які працюють з Великим адронним колайдером (LHC), підтвердили, що найдавніший стан Всесвіту – плазма кварків і глюонів на трильйони градусів – поводився як рідина, підтверджуючи ідею, що ранній Всесвіт був буквально «первинним бульйоном». Це відкриття надає ключові докази для розуміння умов, які існували відразу після Великого вибуху, коли вперше утворилися фундаментальні частинки.
Реконструкція раннього Всесвіту
Кварк-глюонна плазма (QGP), стан матерії, який існував лише частки мільйонної секунди після народження Всесвіту, зараз штучно відтворюється шляхом зіткнення важких іонів свинцю на швидкостях, близьких до швидкості світла, всередині LHC. У цих екстремальних умовах вивільняються кварки та глюони, які зазвичай потрапили в пастку протонів і нейтронів, тимчасово імітуючи середовище раннього Всесвіту.
Дослідники Массачусетського технологічного інституту, використовуючи компактний мюонний електромагнітний детектор (CMS) LHC, помітили, що частинки, що рухаються через цей QGP, створюють «хвилі», подібні до тих, які створює човен, що розрізає воду. Така поведінка доводить, що плазма реагує на рухомі частинки як рідина, а не як окремі випадково літаючі частинки. Ця когезія визначає його як рідину.
“Гібридна модель” підтверджено
Результати підтверджують «гібридну модель» QGP, яка передбачила цю реакцію, схожу на рідину. У попередніх експериментах було важко виявити ці хвилі, оскільки протилежно заряджені кварки маскували вплив один одного. Команда Массачусетського технологічного інституту розробила новий метод, змістивши фокус з пар кварків на аналіз взаємодії між кварками та нейтральними Z-бозонами. Z-бозони мають мінімальний вплив на навколишню плазму, що дозволяє дослідникам виділяти та спостерігати хвилі, створювані виключно кварками.
Проаналізувавши 13 мільярдів зіткнень на LHC, команда виявила понад 2000 випадків, коли кварк залишав чітку хвильову ознаку, що відповідає динаміці рідини. Ці докази підтверджують, що QGP — це не просто рідина, а справжня рідина, здатна сповільнювати рухомі частинки та створювати брижі.
Наслідки для космології
Це відкриття є значущим, оскільки підтверджує теоретичні моделі раннього Всесвіту та дає розуміння формування матерії. KGP була не тільки першою рідиною, але й найгарячішою – на трильйони градусів. Той факт, що це майже ідеальна рідина, означає, що її компоненти злилися плавно, без тертя.
«Це перший випадок, коли ми маємо прямі докази того, що кварк дійсно тягне за собою більше плазми, коли він рухається», — сказав Юн-Джі Лі, член команди MIT. «Це дозволить нам вивчити властивості та поведінку цієї екзотичної рідини з безпрецедентною точністю».
Здатність вивчати цей первинний бульйон дозволить нам уточнити наше розуміння найдавніших моментів Всесвіту та умов, які породили матерію, яку ми бачимо сьогодні.
