Вчені спростували міф про перші секунди після Великого вибуху: що показало дослідження

Найпотужніший у світі прискорювач частинок — Великий адронний колайдер — дав змогу дослідникам краще зрозуміти умови, які панували одразу після Великого вибуху. Йдеться про кварк-глюонну плазму — надгарячий і надщільний стан матерії, що заповнював Всесвіт у перші миті його існування.

Про це повідомило видання Space.com.

Цей стан утворюється за екстремальних температур і густини, коли кварки та глюони — складові частинки протонів і нейтронів — не зв’язані між собою. Саме таку матерію фізики відтворюють у лабораторних умовах, використовуючи прискорювачі частинок.

У межах експерименту ALICE дослідники зіштовхували частинки майже зі швидкістю світла. Зокрема, йшлося про зіткнення протонів, протонів із ядрами свинцю, а також зіткнення між самими ядрами свинцю.

Раніше вважалося, що кварк-глюонна плазма виникає лише під час зіткнень важких ядер. Однак нові спостереження показали, що ознаки цього стану матерії можна зафіксувати і в менших системах — під час протон-протонних та протон-свинцевих зіткнень.

Ключовим спостереженням стала однакова закономірність у поведінці частинок у різних типах зіткнень. Вчені зафіксували так званий анізотропний потік — коли частинки розлітаються не рівномірно, а переважно в певних напрямках.

На проміжних швидкостях цей потік залежить від кількості кварків у частинці. Баріони, що складаються з трьох кварків, демонструють сильніший потік, ніж мезони, які складаються з двох кварків. Дослідники пов’язують це з процесом об’єднання кварків у більші частинки.

У новому дослідженні команда ALICE виміряла цей потік для різних типів частинок, що утворюються під час зіткнень. Виявилося, що навіть у менш масштабних взаємодіях баріони мають сильніший потік, тоді як мезони — слабший, що відповідає результатам, отриманим у важчих зіткненнях.

«Це перший випадок, коли ми спостерігаємо таку картину потоку в підмножині зіткнень протонів, у яких утворюється надзвичайно велика кількість частинок, для великого інтервалу імпульсу та для кількох видів», — зазначив координатор із фізики експерименту Девід Добріґкайт Чінеллато. За його словами, результати підтверджують, що система кварків, яка розширюється, існує навіть у невеликих зіткненнях.

Отримані дані порівняли з теоретичними моделями формування кварк-глюонної плазми. Моделі, які враховують злиття кварків під час утворення частинок, добре відтворюють спостережувану картину. Водночас підходи, що не враховують цей процес, не змогли пояснити результати.

Разом із тим навіть найточніші моделі поки що не повністю описують усі особливості потоку частинок. Дослідники зазначають, що залишаються певні розбіжності, які потребують подальшого вивчення.

Учені очікують, що нові експерименти, зокрема зіткнення ядер кисню, допоможуть заповнити прогалини між різними типами зіткнень і дадуть змогу глибше зрозуміти природу кварк-глюонної плазми.

Нагаадаємо, раніше ми повідомляли, що поблизу далекого квазара вчені виявили найбільший у Всесвіті резервуар води, у трильйони разів більший за земні океани.