Физики впервые доказали, что «первичный бульон» Вселенной был жидким
Ученые из Массачусетского технологического института впервые получили прямые доказательства того, что кварки, пролетающие через кварк-глюонную плазму, оставляют за собой вихревые следы. Это открытие подтверждает, что первичный бульон ранней Вселенной вел себя как жидкость, а не как хаотичная смесь отдельных частиц. Результаты опубликованы в журнале Physics Letters.
Первые мгновения Вселенной
В первые микросекунды после Большого взрыва пространство было наполнено раскаленной смесью кварков и глюонов при температурах в триллионы градусов. Эта «кварк-глюонная плазма» существовала невероятно короткое время, прежде чем отдельные кварки и глюоны слились в протоны, нейтроны и другие фундаментальные частицы, из которых состоит современная материя.
Физики в ЦЕРНе воссоздают этот первичный бульон, сталкивая тяжелые ионы с почти световой скоростью. Столкновения создают кратковременные капли плазмы, которые можно исследовать с помощью детекторов и сложных алгоритмов.
«Мы фактически делаем моментальный снимок того, как кварки взаимодействуют с экстремальной жидкостью», — говорит профессор Йен-Джи Ли.
Вихри кварков
Команда обнаружила, что отдельные кварки, пролетающие через плазму, оставляют за собой заметные вихревые следы, похожие на рябь, создаваемую уткой на воде. Это показывает, что плазма реагирует как единая жидкость, замедляя кварки и вызывая распределение энергии в виде всплесков и вихрей.
Для наблюдений физики использовали уникальный подход с Z-бозоном. Эти нейтральные частицы практически не взаимодействуют с плазмой, поэтому любая рябь или вихри фиксировались именно за кварком. Исследователи проанализировали около 13 миллиардов столкновений, из которых выбрали около 2000 событий с Z-бозоном, что позволило наблюдать влияние отдельных кварков без искажения других частиц.
«Когда кварк движется вместе с Z-бозоном, вихри формируются в противоположном направлении, давая нам четкий снимок поведения первичной плазмы», — объясняет Ли.
Проверка теории
Ранее предсказания о жидкой природе кварк-глюонной плазмы были частью гибридной модели профессора Кришны Раджагопала из MIT. Теория предполагала, что кварк, проходя через густую плазму, должен создавать за собой видимый след, вызывая разбрызгивание и рябь частиц. Новые результаты полностью подтвердили эти расчеты.
«Это долгожданное доказательство, которого физики ждали многие годы», — говорит Даниэль Паблос из Университета Овьедо.
Важное открытие для физики
Измерение размера, формы и времени рассеивания вихрей помогает понять внутренние свойства кварк-глюонной плазмы. Ученые могут исследовать ее плотность, вязкость и взаимодействие частиц при экстремальных температурах, что дает представление о поведении материи в первые микросекунды Вселенной.
«Мы получили первые доказательств того, что кварк увлекает за собой плазму, создавая видимые вихри. Это позволяет изучать первичный бульон как настоящую жидкость, а не как хаотическую смесь частиц, и открывает новые возможности для понимания ранней Вселенной», — заключает Ли.
