Введение

В недрах вселенной, сразу после Большого взрыва, существовал загадочный «примитивный суп», состоящий из кварков и глюонов. Исследования, проведенные на Большом адронном коллайдере (БАК) в CERN, раскрывают удивительные свойства этого вещества, которое, как оказалось, ведет себя как настоящая жидкость.

Что такое кварк-глюонная плазма?

Кварк-глюонная плазма — это состояние материи, которое существовало в первые миллионы долей секунды после Большого взрыва. В этой плазме кварки и глюоны, которые обычно находятся внутри протонов и нейтронов, были свободны и могли взаимодействовать друг с другом. Исследования показывают, что температура этой плазмы достигала триллионов градусов, что делает ее самой горячей жидкостью, когда-либо существовавшей.

Опыт на Большом адронном коллайдере

С помощью БАК, который протянулся на 27 километров и расположен под землёй рядом с Женевой, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) смогли создать кварк-глюонную плазму. При столкновении тяжелых атомов свинца, движущихся с почти световой скоростью, они смогли воспроизвести условия, близкие к тем, что существовали в самом начале вселенной.

Доказательства жидкостных свойств плазмы

Исследователи наблюдали, как кварки, перемещающиеся через плазму, создают «волну», подобную следу, оставляемому кораблем в воде. Это явление указывает на то, что кварк-глюонная плазма ведет себя как единая жидкость, а не как случайные частицы. «Плазма невероятно плотная, она может замедлять кварки и создавать всплески, как жидкость», — отметил профессор физики Yen-Jie Lee из MIT.

Метод измерения

Чтобы изучить волны, создаваемые кварками в кварк-глюонной плазме, команда использовала детектор Compact Muon Solenoid (CMS) на БАК. Они разработали метод, позволяющий измерять размер, скорость и продолжительность этих волн, что может помочь в понимании свойств кварк-глюонной плазмы.

Гипотезы и теории

Существует множество моделей кварк-глюонной плазмы, одна из которых называется «гибридной моделью». Она предполагает, что плазма должна реагировать на проходящие через нее частицы так же, как любая другая жидкость. При этом, когда кварки проходят через плазму, они создают волну, вызывая рябь и всплески.

Поиск следов кварков

Ученые также искали пары кварков и антикварков. Когда кварк движется через плазму, возникает антикварк, который движется в противоположном направлении. Оба этих элемента должны создавать заметные волны. Однако нахождение следа одного кварка усложняется тем, что второй кварк может затенять его след.

Новый подход к исследованиям

Вместо того чтобы искать пары кварков, команда Lee сосредоточилась на кварках, движущихся вместе с нейтральной элементарной частицей — Z-бозоном. Эти бозоны имеют определенную энергию и легче обнаруживаются в сложной среде кварк-глюонной плазмы.

Заключение

Изучение кварк-глюонной плазмы открывает новые горизонты в понимании ранней вселенной. Это не просто интересная деталь космологии, но и ключ к разгадке того, как сформировались основные элементы материи, из которых состоит всё вокруг нас. Исследования продолжаются, и каждый новый эксперимент приближает нас к пониманию того, как выглядела вселенная в ее самые ранние моменты.