Введение

После более чем двух десятилетий поисков ученые наконец-то зафиксировали феномен в горячем и плотном ‘супе’ частиц, напоминающем то, что заполняло космос в моменты после Большого Взрыва. Это наблюдение может помочь космологам лучше понять невероятно горячее и плотное состояние Вселенной в её самых ранних моментах.

Что такое кварк-глюонная плазма?

Самый мощный ускоритель частиц в мире, Большой адронный коллайдер (БАК), регулярно создает так называемую кварк-глюонную плазму, сталкивая ядра тяжелых элементов, таких как свинец, и генерируя струи частиц, из которых и возникает этот горячий и плотный ‘суп’. В современной Вселенной кварки и глюоны, называемые ‘партончиками’, встречаются только в составе частиц, таких как протоны и нейтроны. Поэтому для освобождения этих партонов и генерации горячего ‘супа’ требуется энергия, создаваемая при столкновении атомов на скорости, близкой к скорости света.

Дифузионный след

Когда частицы движутся через кварк-глюонную плазму, они теряют энергию и импульс, что должно создавать следы в этом примордиальном ‘супе’, подобно тому, как корпус лодки оставляет след в океане. Тем не менее, исследователи не могли увидеть этот так называемый ‘дифузионный след’ на протяжении двух десятилетий. И вот, наконец, это удалось.

Новый подход в поисках волн

Ранее поиски сигнала волн требовали генерации событий, связанных с производством струи наряду с частицей, называемой Z-бозоном. Хотя это дало некоторые улики о частичных следах, сигналы этих следов были тонкими и легко подавлялись другими эффектами, связанными с струями, что делало такие обнаружения недостаточно статистически значительными для подтверждения.

В этой работе команда приняла другой подход и использовала БАК для столкновения двух ядер свинца, чтобы создать струи частиц, направленных в противоположные стороны, называемые дижет-событиями. Уникальная форма этих событий позволила легче отделить сигналы от следов от окружающего шума.

Результаты и их значение

Измерения команды показали явный недостаток частиц за направлением струй, что было особенно заметно при относительно низком импульсе. Это именно то, что ожидалось для дифузионного следа. Наиболее сильные сигналы следов были зафиксированы в более централизованных столкновениях свинца-свинца, которые создают больше кварк-глюонной плазмы.

«Это наблюдение является кульминацией многолетних усилий по наблюдению феномена следа; он был предсказан теорией более 20 лет назад, но оставался неуловимым в экспериментальных данных,» — сказал руководитель команды Ольга Евдокимова из Университета Иллинойс в Чикаго.

Заключение

Исследование команды было принято к публикации 25 июня в журнале Physical Review Letters. Это открытие не только подтверждает теоретические предсказания, но и открывает новые горизонты для понимания эволюции ранней Вселенной. С каждым новым открытием мы приближаемся к разгадке тайн, которые окружают самые первые моменты существования нашего мира.