Ученые опровергли миф о первых секундах после Большого взрыва: что показало исследование

Самый мощный в мире ускоритель частиц — Большой адронный коллайдер — позволил исследователям лучше понять условия, которые царили сразу после Большого взрыва. Речь идет о кварк-глюонной плазме — сверхгорячем и сверхплотном состоянии материи, заполнявшем Вселенную в первые мгновения ее существования.

Об этом сообщило издание Space.com.

Это состояние образуется при экстремальных температурах и плотности, когда кварки и глюоны — составные частицы протонов и нейтронов — не связаны между собой. Именно такую материю физики воспроизводят в лабораторных условиях, используя ускорители частиц.

В рамках эксперимента ALICE исследователи сталкивали частицы почти со скоростью света. В частности, речь шла о столкновении протонов, протонов с ядрами свинца, а также столкновения между самими ядрами свинца.

Ранее считалось, что кварк-глюонная плазма возникает только во время столкновений тяжелых ядер. Однако новые наблюдения показали, что признаки этого состояния материи можно зафиксировать и в меньших системах — во время протон-протонных и протон-свинцовых столкновений.

Ключевым наблюдением стала одинаковая закономерность в поведении частиц в разных типах столкновений. Ученые зафиксировали так называемый анизотропный поток — когда частицы разлетаются не равномерно, а преимущественно в определенных направлениях.

На промежуточных скоростях этот поток зависит от количества кварков в частице. Барионы, состоящие из трех кварков, демонстрируют более сильный поток, чем мезоны, состоящие из двух кварков. Исследователи связывают это с процессом объединения кварков в более крупные частицы.

В новом исследовании команда ALICE измерила этот поток для различных типов частиц, образующихся во время столкновений. Оказалось, что даже в менее масштабных взаимодействиях барионы имеют более сильный поток, тогда как мезоны — слабый, что соответствует результатам, полученным в более тяжелых столкновениях.

«Это первый случай, когда мы наблюдаем такую картину потока в подмножестве столкновений протонов, в которых образуется чрезвычайно большое количество частиц, для большого интервала импульса и для нескольких видов», — отметил координатор по физике эксперимента Дэвид Добригкайт Чинеллато. По его словам, результаты подтверждают, что расширяющаяся система кварков существует даже в небольших столкновениях.

Полученные данные сравнили с теоретическими моделями формирования кварк-глюонной плазмы. Модели, учитывающие слияние кварков при образовании частиц, хорошо воспроизводят наблюдаемую картину. В то же время подходы, не учитывающие этот процесс, не смогли объяснить результаты.

Вместе с тем даже самые точные модели пока не полностью описывают все особенности потока частиц. Исследователи отмечают, что остаются определенные расхождения, которые требуют дальнейшего изучения.

Ученые ожидают, что новые эксперименты, в частности столкновения ядер кислорода, помогут заполнить пробелы между различными типами столкновений и позволят глубже понять природу кварк-глюонной плазмы.

Напомним, ранее мы сообщали, что вблизи далекого квазара ученые обнаружили крупнейший во Вселенной резервуар воды, в триллионы раз больше земных океанов.