Ученые, работающие с Большим адронным коллайдером, смогли создать крайне малые порции кварково-глюонной плазмы в ходе столкновений протонов и ионов свинца, которая оказалась неожиданно "жидкой" по своим физическим свойствам, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Кварково-глюонная плазма считается аналогом того состояния, в котором материя Вселенной находилась через несколько мгновений после Большого Взрыва. Ее составляющие – кварки и глюоны – очень сильно взаимодействуют друг с другом, что отличает эту плазму от газов, частицы которых мало взаимодействуют между собой",
— объясняет Цюань Ван (Quan Wang) из университета Канзаса в Лоуренсе (США).
Ван и его коллеги проводили эксперименты на Большом адронном коллайдере, сталкивая протоны с рядом тяжелых ионов – атомами золота, свинца и других металлов. Продукты этих столкновений изучались при помощи детектора CMS, и затем анализировались при помощи суперкомпьютеров.
К большому удивлению физиков, столкновение протонов и тяжелых веществ часто приводило к появлению микроскопических "облачков" из кварково-глюонной плазмы – "супа" из кварков и глюонов из разрушенных протонов и нейтронов атома, разогретых до невообразимо высоких температур – около четырех триллионов градусов Цельсия.
По своей природе данная субстанция больше напоминает жидкость, чем газ, так как ее частицы гораздо сильнее взаимодействуют между собой, чем ионы и электроны в классической плазме. Подобную "жидкость" физики научились получать на ускорителях частиц достаточно давно, однако ученые достаточно долгое время считали, что для ее появления необходимо столкновение примерно равных друг другу по размерам ядер, содержащих в себе сотни протонов и нейтронов.
Эксперименты на БАК показали, что для рождения кварково-глюонной жидкости необходим всего один протон и одно ядро тяжелого элемента, чье столкновение порождает облачко из всего тысячи субатомных частиц.
Поведение этих порций кварково-глюонной плазмы, с физической точки зрения, оказалось неожиданно "жидким" – несмотря на сверхмалые размеры, в этой "капле" возникают своеобразные волны и многие другие явления, которые характерны только для жидкостей. Как надеются ученые, дальнейшее изучение необычных свойств этих микрокапель позволит им раскрыть секреты рождения Вселенной и понять, как образуется эта плазма.