Учёные с помощью моделирования воссоздали условия сразу после Большого взрыва и выяснили, что ранняя Вселенная напоминала густой суп. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Physics Letters B, в первые мгновения существования мир представлял собой невероятно плотную плазму с температурой в триллионы градусов.
Эта экзотическая масса, известная как кварк‑глюонная плазма (КГП), была самой горячей жидкостью в истории: она в миллиард раз превосходила по температуре поверхность Солнца, но просуществовала лишь несколько миллионных долей секунды. Затем она расширилась, остыла и превратилась в атомы.
Физики из Массачусетского технологического института и ЦЕРН провели эксперимент на Большом адронном коллайдере (БАК), где воспроизвели столкновения ионов, аналогичные тем, что происходили в ранней Вселенной. Они изучали, как ведут себя кварки в кварк‑глюонной плазме: движутся как единая жидкость или рассеиваются как отдельные частицы.
В ходе работы учёные проанализировали данные о столкновениях частиц свинца, летящих со скоростью, близкой к скорости света. При таких столкновениях образуются кварки и капля кварк‑глюонной плазмы. Новая методика позволила точнее отследить движение кварков и измерить энергию плазмы.
Физик Йен‑Джи Ли отметил, что плазма оказалась настолько плотной, что замедляла кварки и создавала вихри — совсем как жидкость. Кришна Раджагопал, разработавший модель поведения плазмы, сравнил это с кильватерным следом от катера на воде.
Чтобы подтвердить теорию, исследователи искали не пары кварк‑антикварк, а редкие случаи образования кварка и Z‑бозона — нейтральной частицы, не взаимодействующей с плазмой. Из 13 миллиардов столкновений лишь около 2000 привели к появлению Z‑бозона. Благодаря этому учёным удалось зафиксировать след от одного кварка и доказать, что кварк‑глюонная плазма ведёт себя как жидкость.
Хотя полученные данные стали весомым аргументом в пользу жидкоподобного поведения КГП, дискуссии среди учёных могут продолжиться. Новая методика, тем не менее, открывает возможности для изучения других высокоэнергетических процессов и помогает лучше понять одно из самых загадочных веществ во Вселенной.