NC: ученые получили самый точный снимок первичной плазмы Вселенной на сегодня

Большой адронный коллайдер позволил физикам получить самую детальную на сегодняшний день картину кварк-глюонной плазмы — первичного состояния материи, существовавшего в космосе сразу после Большого взрыва. Результаты эксперимента ALICE, опубликованные в журнале Nature Communications, стали важным шагом в изучении этого феномена.

Воссоздание условий ранней Вселенной

В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная находилась в горячем и плотном состоянии, известном как кварк-глюонная плазма. Для воссоздания этих условий ученые из CERN использовали 27-километровый кольцевой ускоритель под Французскими Альпами. В нем ядра железа разгонялись до скоростей, близких к световой, и сталкивались, создавая условия, аналогичные тем, что существовали в ранней Вселенной.

Новые открытия в области столкновений частиц

Команда ALICE исследовала три типа столкновений частиц: протонов с протонами, протонов с ядрами свинца и ядер свинца между собой. Эти эксперименты позволили глубже понять процессы формирования кварк-глюонной плазмы. Ученые обнаружили, что плазма может возникать даже при меньших энергиях столкновений, чем считалось ранее.

Ключевым признаком кварк-глюонной плазмы является анизотропный поток частиц — неравномерное распределение их движения в пространстве. На промежуточных скоростях этот поток зависит от массы частиц: более тяжелые частицы, состоящие из трех кварков, демонстрируют более выраженное движение по сравнению с легкими частицами, состоящими из двух кварков. Исследователи связывают это с процессом формирования крупных частиц из кварков, где увеличение числа кварков усиливает анизотропный поток.

Подтверждение гипотезы о малых столкновениях

Команда ALICE измерила анизотропный поток различных частиц, включая те, что возникают при столкновениях протонов между собой и протонов с ядрами свинца. Результаты показали, что даже при легких столкновениях более крупные частицы демонстрируют более сильный поток, а мелкие частицы — более слабый. Это наблюдение охватывает широкий диапазон импульсов для нескольких типов частиц и является первым в своем роде.

Координатор эксперимента ALICE, Дэвид Добригкейт Чинеллато, подчеркнул, что это открытие подтверждает гипотезу о формировании расширяющейся системы кварков даже при небольших размерах зоны столкновения.

Сравнение с компьютерными моделями

Результаты эксперимента ALICE были сопоставлены с компьютерными моделями, описывающими процесс формирования кварк-глюонной плазмы. Модели, учитывающие образование как крупных, так и мелких частиц, показали хорошее совпадение с наблюдениями. Модели, не учитывающие этот процесс, не смогли воспроизвести наблюдаемую картину.

Ученые отметили, что даже самые совершенные модели не могут полностью объяснить все наблюдаемые особенности. Некоторые расхождения требуют дальнейшего изучения. Кай Шведа, представитель ALICE, сообщил, что планируемые на 2025 год эксперименты с кислородом помогут заполнить этот пробел и получить новое понимание природы и эволюции кварк-глюонной плазмы при различных условиях столкновений.

Эти исследования расширяют наше понимание условий, существовавших на ранних этапах развития Вселенной.