Фізики спостерігають за хвилями кварків у первинному супі Великого вибуху
- Фізики в CERN виявили хвилі кварків у кварк-глюонній плазмі
- Це відкриття підтверджує рідинні властивості QGP
- Дослідження можуть допомогти зрозуміти ранній Всесвіт.
Відкриття кварк-глюонної плазми
У перші моменти існування Всесвіту температура досягала трильйонів градусів, створюючи інтенсивну суміш кварків і глюонів. Ці елементарні частинки рухалися з майже світловою швидкістю в стані матерії, відомому як кварк-глюонна плазма (QGP). Цей первинний матеріал існував всього кілька мільйонних долей секунди, перш ніж швидко охолонути, що дозволило кваркам і глюонам об'єднатися в протони, нейтрони та інші частинки, які ми спостерігаємо сьогодні.
Експерименти в CERN
В CERN, на Великому адронному колайдері, фізики відтворюють кварк-глюонну плазму, щоб дослідити її властивості. Шляхом зіткнення важких іонів з майже світловою швидкістю, дослідники можуть тимчасово відокремити кварки і глюони, виробляючи крихітні кількості матерії, що існувала в перші мікросекунди після Великого вибуху. Команда CERN, очолювана фізиками з MIT, виявила явні докази того, що кварки створюють хвилі, переміщуючись через цю плазму.
Хвилі кварків та їх значення
Спостереження надають перше пряме свідчення того, що кварк-глюонна плазма реагує на швидко рухомі частинки як єдине ціле, виробляючи хвилі та вихрові рухи. "Це було тривалим предметом обговорення в нашій галузі, про те, чи повинна плазма реагувати на кварк," говорить Йен-Джи Лі, професор фізики в MIT. "Тепер ми бачимо, що плазма неймовірно щільна, і вона здатна сповільнювати кварк, створюючи сплески та вихри, як рідина."
Методи дослідження
Лі та його колеги розробили новий метод для виявлення цих хвиль кварків. Вони планують використовувати цю техніку на додаткових даних про зіткнення частинок, щоб шукати більше прикладів і вивчати їх більш детально. Вимірюючи, наскільки великими стають хвилі, як швидко вони рухаються і як довго зберігаються, вчені можуть визначити важливі властивості кварк-глюонної плазми.
Кварк-глюонна плазма як ідеальна рідина
Кварк-глюонна плазма вважається першою рідиною у Всесвіті і найгарячішою рідиною, коли-небудь відомою, досягаючи температур у кілька трильйонів градусів Цельсія. Вчені також описують QGP як майже "ідеальну" рідину, в якій окремі кварки і глюони рухаються разом як виключно гладка рідина з майже нульовим тертям.
Моделі та теорії
Розуміння кварк-глюонної плазми базується на численних експериментах і теоретичних дослідженнях. Однією з впливових моделей є гібридна модель, розроблена Кришною Раджагопалом та його колегами, яка передбачає, що кварк-глюонна плазма повинна реагувати як рідина, коли енергійні частинки проходять через неї.
Пошук доказів
Фізики багато років шукали докази цих хвиль на Великому адронному колайдері та інших прискорювачах частинок. У цих експериментах важкі іони, такі як свинець, прискорюються до майже світлової швидкості і стикаються, створюючи крихітні краплі первинної матерії, які зазвичай існують менше ніж за квадрильйонну частку секунди.
Нова техніка виявлення
Раніше пошуки хвиль кварків часто зосереджувалися на парах, що складаються з кварка та антикварка. Однак Лі та його колеги зрозуміли, що легше ідентифікувати хвилю від одного кварка, якщо немає другого кварка, який створює перекриваючеся збурення. Вони розробили нову техніку, яка дозволяє бачити ефекти одного кварка в QGP через іншу пару частинок.
Роль Z-бозонів
Замість пошуку пар кварків та антикварків після зіткнень іонів свинцю, дослідники шукали події, в яких один кварк рухався через плазму в майже протилежному напрямку від Z-бозона. Z-бозон — це нейтральна елементарна частинка, яка слабо взаємодіє з навколишньою плазмою, що робить її корисною в якості чистої контрольної точки.
Майбутнє досліджень
Завдяки новому методу фізики сподіваються отримати більше даних про кварк-глюонну плазму та її властивості. "Вивчення того, як хвилі кварків відскакують і взаємодіють, дасть нам нові ідеї про властивості кварк-глюонної плазми," говорить Лі. Це відкриття може значно просунути наше розуміння раннього Всесвіту та його еволюції.
Джерело: ScienceDaily
