Физики наблюдают за волнами кварков в первичном супе Большого взрыва

• Физики в CERN обнаружили волны кварков в кварк-глюонной плазме
• Это открытие подтверждает жидкостные свойства QGP
• Исследования могут помочь понять раннюю Вселенную.

Открытие кварк-глюонной плазмы

В первые моменты существования Вселенной температура достигала триллионов градусов, создавая интенсивную смесь кварков и глюонов. Эти элементарные частицы двигались с почти световой скоростью в состоянии материи, известном как кварк-глюонная плазма (QGP). Этот первичный материал существовал всего несколько миллионных долей секунды, прежде чем быстро охладился, что позволило кваркам и глюонам объединиться в протоны, нейтроны и другие частицы, которые мы наблюдаем сегодня.

Эксперименты в CERN

В CERN, на Большом адронном коллайдере, физики воссоздают кварк-глюонную плазму, чтобы исследовать её свойства. Путем столкновения тяжелых ионов с почти световой скоростью, исследователи могут временно отделить кварки и глюоны, производя крошечные количества материи, существовавшей в первые микросекунды после Большого взрыва. Команда CERN, возглавляемая физиками из MIT, обнаружила явные доказательства того, что кварки создают волны, перемещаясь через эту плазму.

Волны кварков и их значение

Наблюдения предоставляют первое прямое доказательство того, что кварк-глюонная плазма реагирует на быстро движущиеся частицы как единое целое, производя волны и вихревые движения. "Это было долгим предметом обсуждения в нашей области, о том, должна ли плазма реагировать на кварк," говорит Йен-Джи Ли, профессор физики в MIT. "Теперь мы видим, что плазма невероятно плотная, и она способна замедлять кварк, создавая всплески и вихри, как жидкость."

Методы исследования

Ли и его коллеги разработали новый метод для обнаружения этих волн кварков. Они планируют использовать эту технику на дополнительных данных о столкновениях частиц, чтобы искать больше примеров и изучать их более подробно. Измеряя, насколько велики становятся волны, как быстро они движутся и как долго сохраняются, ученые могут определить важные свойства кварк-глюонной плазмы.

Кварк-глюонная плазма как идеальная жидкость

Кварк-глюонная плазма считается первой жидкостью во Вселенной и самой горячей жидкостью, когда-либо известной, достигая температур в несколько триллионов градусов Цельсия. Ученые также описывают QGP как почти "идеальную" жидкость, в которой отдельные кварки и глюоны движутся вместе как исключительно гладкая жидкость с почти нулевым трением.

Модели и теории

Понимание кварк-глюонной плазмы основано на многочисленных экспериментах и теоретических исследованиях. Одной из влиятельных моделей является гибридная модель, разработанная Кришной Раджагопалом и его коллегами, которая предсказывает, что кварк-глюонная плазма должна реагировать как жидкость, когда энергичные частицы проходят через неё.

Поиск доказательств

Физики много лет искали доказательства этих волн на Большом адронном коллайдере и других ускорителях частиц. В этих экспериментах тяжелые ионы, такие как свинец, ускоряются до почти световой скорости и сталкиваются, создавая крошечные капли первичной материи, которые обычно существуют менее чем за квадриллионную долю секунды.

Новая техника обнаружения

Ранее поиски волн кварков часто сосредотачивались на парах, состоящих из кварка и антикварка. Однако Ли и его коллеги поняли, что легче идентифицировать волну от одного кварка, если нет второго кварка, создающего перекрывающееся возмущение. Они разработали новую технику, которая позволяет видеть эффекты одного кварка в QGP через другую пару частиц.

Роль Z-бозонов

Вместо поиска пар кварков и антикварков после столкновений ионов свинца, исследователи искали события, в которых один кварк двигался через плазму в почти противоположном направлении от Z-бозона. Z-бозон — это нейтральная элементарная частица, которая слабо взаимодействует с окружающей плазмой, что делает её полезной в качестве чистой контрольной точки.

Будущее исследований

С помощью нового метода физики надеются получить больше данных о кварк-глюонной плазме и её свойствах. "Изучение того, как волны кварков отскакивают и взаимодействуют, даст нам новые идеи о свойствах кварк-глюонной плазмы," говорит Ли. Это открытие может значительно продвинуть наше понимание ранней Вселенной и её эволюции.

Источник: ScienceDaily