Источник фото: SciTechDaily
Эксперимент STAR на коллайдере RHIC показал, что ученые могут воссоздавать особую форму материи, существовавшую в первые мгновения после Большого взрыва, при помощи неожиданно малых столкновений атомных ядер. Исследователи сталкивали ядра кислорода на скорости, близкой к скорости света, и получили весомые свидетельства образования кварк-глюонной плазмы (КГП) — предельно горячего и плотного состояния вещества. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Ключевым признаком образования такой плазмы стал эффект подавления струй: потоки частиц высокой энергии теряют энергию, проходя сквозь созданную при столкновении материю. Ранее подобное явление фиксировали при столкновениях куда более крупных ядер на установке RHIC, а также в опытах с кислородом на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Новизна нынешних данных в том, что столкновения кислорода проходили при существенно меньших энергиях.
Таким образом, полученные результаты задают новую нижнюю границу условий, при которых в малой системе возникает кварк-глюонная плазма, и помогают понять, что именно требуется для создания материи, похожей на ту, что наполняла молодую Вселенную. По словам Ли И, профессора физики Шаньдунского университета, руководившего анализом STAR, кварк-глюонная плазма, как считается, заполняла раннюю Вселенную еще до образования протонов и нейтронов. Изучение ее свойств необходимо, чтобы разобраться, как Вселенная развивалась в первые микросекунды своего существования.
Ученые ищут не только там, где проявляются признаки плазмы, но и там, где они исчезают. Ронгронг Ма, физик STAR в Брукхейвенской лаборатории, отметил, что анализ продвигает исследования к предельному случаю и помогает разобраться в явлении подавления струй и условиях возникновения плазмы. Для поиска эффекта команда обработала данные столкновений кислорода на RHIC в 2021 году при энергии 200 миллиардов электронвольт.
В результате зафиксировали подавление высокоэнергетических частиц примерно на 20 процентов. Хотя этот показатель слабее, чем обычно наблюдают при столкновениях золота, разница ожидаема, поскольку система с кислородом гораздо меньше. Главное, что эффект оказался достаточно сильным и однозначно указал на образование кварк-глюонной плазмы.
Кислород удобен еще и тем, что это единственный вид ядер, помимо протон-протонных столкновений, который изучали и на RHIC, и на Большом адронном коллайдере, что позволяет напрямую сравнить установки с разной энергией. По словам Ма, исследователи продвигаются к границам сразу с двух сторон — уменьшая размер ядра и снижая энергию столкновений, — и при этом по-прежнему видят ключевой признак плазмы. Хотя RHIC завершил работу, у ученых остаются данные столкновений кислорода, собранные детекторами STAR и sPHENIX, и они могут помочь выяснить, насколько малой и холодной может быть система, прежде чем плазма перестанет возникать.