Тайна первых мгновений: ученые подтвердили жидкую природу ранней Вселенной
Международная группа исследователей представила доказательства того, что первичная материя во Вселенной сразу после своего рождения вела себя не как хаотичный газ, а как идеальная жидкость. Анализируя данные столкновений ядер свинца на Большом адронном коллайдере (БАК), ученые из Массачусетского технологического института и ЦЕРНа смогли заглянуть в первые мгновения существования космоса. Результаты наблюдений за кварк-глюонной плазмой, опубликованные в журнале Physics Letters B, подтвердили теорию о ее «вихревом» и «плещущемся» поведении.
Первичный бульон: что скрывается за термином
Речь идет о состоянии материи, в котором пребывала Вселенная спустя миллионные доли секунды после Большого взрыва. В то время температура достигала триллионов градусов, что в миллиарды раз горячее поверхности Солнца. В таких условиях кварки и глюоны — фундаментальные частицы, из которых состоят протоны и нейтроны, — не могли соединиться и существовали в виде так называемой кварк-глюонной плазмы. До недавнего времени ученые спорили, является ли эта среда газом или жидкостью. Новые данные, полученные на БАК, склоняют чашу весов в пользу второй гипотезы.
Читайте также: Коридор затмений с 17 февраля по 2 марта: как Вселенная проверяет деньги, отношения и карму
Метод Z-бозона и кильватерный след
Чтобы понять динамику плазмы, физикам пришлось проанализировать колоссальный массив данных. Из 13 миллиардов столкновений, зарегистрированных в коллайдере, исследователи отобрали около двух тысяч событий, в которых наряду с кварком рождался Z-бозон. Уникальность Z-бозона в том, что он практически не взаимодействует с плазмой и пролетает сквозь нее без помех, в то время как кварк тормозится, теряет энергию и оставляет за собой характерный «кильватерный след», наподобие волны за быстроходным катером.
«Теперь мы видим, что плазма невероятно плотная, настолько, что способна замедлять кварк и создавать брызги и вихри, как жидкость. Таким образом, кварк-глюонная плазма действительно представляет собой первобытный бульон», —
пояснил физик Йен-Джи Ли, комментируя итоги работы. Эксперты подчеркивают, что именно Z-бозон стал идеальным «референсным сигналом», позволившим впервые так четко отделить поведение кварка от фонового шума.
Почему это открытие важно для науки
Понимание свойств кварк-глюонной плазмы приближает ученых к разгадке того, как именно фундаментальные взаимодействия сформировали привычный нам мир. Модель, разработанная физиком Кришной Раджагопалом, описывает процесс как движение лодки по озеру: кварк передает частицам среды свой импульс, и они начинают двигаться в том же направлении, создавая микровозмущения. Ранее наблюдать этот эффект мешала парная генерация кварк-антикварк, которая создавала хаотичную интерференционную картину. Новый метод анализа позволил впервые получить то, что Раджагопал назвал «однозначным, неопровержимым доказательством» жидкоподобного поведения первичной материи.
Полученные данные не ставят точку в дискуссии, но дают мощный инструмент для дальнейшего моделирования ранних этапов эволюции космоса. Возможно, именно через изучение плазмы ученые смогут подобраться к пониманию природы темной материи и других загадок мироздания.
Ранее на сайте «Пронедра» писали Чёрная дыра, которая «вернулась»: как Вселенная включает свои самые мощные двигатели
