Бульон, а не газ: материя Большого взрыва оказалась сверхплотной

Команда ученых, работающих на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, сделала важный шаг в понимании самых ранних этапов существования Вселенной. Физикам впервые удалось получить прямое подтверждение того, что кварк-глюонная плазма ведет себя не как газ, а как настоящая жидкость. Это состояние материи существовало в первые микросекунды после Большого взрыва и считается "строительным материалом" для будущей Вселенной. Об этом сообщает Рlanet Тoday.

Первичный "бульон" и волны от кварков

Кварк-глюонная плазма возникает при столкновениях тяжелых ионов, которые разгоняют почти до скорости света. В таких условиях кварки и глюоны, обычно заключенные внутри протонов и нейтронов, освобождаются и образуют сверхгорячую и сверхплотную среду.

Исследователи заметили необычный эффект: кварки, проходя через этот раскаленный "первичный бульон", оставляли за собой волны, похожие на след лодки, идущей по воде. Это стало прямым доказательством того, что плазма способна реагировать на частицы как жидкость, а не как хаотичный поток газа, меняя представления о фундаментальных исследованиях времени.

Почему наблюдать эффект было сложно

Ученые давно предполагали, что кварк-глюонная плазма должна обладать жидкоподобными свойствами. Однако экспериментально зафиксировать это оказалось крайне непросто. Ранее специалисты пытались изучать пары кварк-антикварк, разлетающиеся в противоположных направлениях.

Проблема заключалась в том, что следы обеих частиц накладывались друг на друга, и было почти невозможно понять, какая из них оставила конкретный "отпечаток" в плазме. Нужен был новый подход, который позволил бы отделить сигнал одной частицы от другой.

Метод с Z-бозонами и огромный массив данных

Физики из Массачусетского технологического института нашли способ обойти это ограничение. Они использовали Z-бозоны — нейтральные частицы, которые почти не взаимодействуют с кварк-глюонной плазмой. Благодаря этому кварки можно было своеобразно "пометить", сохранив точную информацию об их движении.

Далее ученые проанализировали данные примерно 13 миллиардов столкновений тяжелых ионов. Из них отобрали около 2000 событий, где рождался Z-бозон. Такой объем информации позволил зарегистрировать энергетические следы с высокой точностью.

Жидкость, способная создавать вихри и "брызги"

В результате исследователи увидели картину всплесков и завихрений в направлении, противоположном движению Z-бозона. Это совпало с теоретической моделью, ранее предложенной физиком Кришной Раджагопалом из МТИ.

Теперь стало ясно, что кварк-глюонная плазма обладает невероятной плотностью. Она способна замедлять пролетающие кварки и создавать эффекты, напоминающие брызги и волны в жидкости. Таким образом, древнейшее состояние материи действительно можно сравнить с первобытным "космическим бульоном", на фоне которого ученые продолжают строить самую детальную карту темной материи во Вселенной.

Полученные результаты дают ученым новый инструмент для изучения того, из какого вещества возникла наша Вселенная и как именно формировались первые частицы после Большого взрыва.