10 июня 2021

Как показал эксперимент на Большом адронном коллайдере, кварк-глюонная плазма в первые моменты существования Вселенной по своим свойствам напоминала жидкость

ЦЕРН Детектор ALICE ЦЕРН

Разбивая частицы свинца со скоростью 99,9999991% скорости света, ученые воссоздали первое вещество, появившееся после Большого взрыва. Первобытный тип материи, известный как кварк-глюонная плазма, или QGP, существовал всего долю секунды, но впервые ученые смогли исследовать характеристики жидкости, подобные жидкости плазмы - обнаружив, что она имеет меньшее сопротивление потоку, чем любое другое известное вещество - и определить, как она эволюционировала в плазму в первые мгновения в ранней Вселенной.

"Это [исследование] показывает нам эволюцию QGP и в конечном итоге [может] предположить, как развивалась ранняя Вселенная в первую микросекунду после Большого взрыва", - сказал соавтор Ю Чжоу, доцент Института Нильса Бора при университете. Копенгагена в Дании.

После Большого взрыва Вселенная считалась супом энергии, прежде чем она быстро расширилась в течение периода, известного как инфляция, что позволило Вселенной достаточно остыть для образования материи. Первыми возникшими сущностями были кварки и глюоны, несущие в себе сильную силу, склеивающую кварки. По мере дальнейшего охлаждения Вселенной эти частицы образовывали субатомные частицы, называемые адронами, некоторые из которых мы знаем как протоны и нейтроны.

Ученые создали эту жидкость на крупнейшем в мире разрушителе атомов - Большом адронном коллайдере (LHC) на границе Женевы в Швейцарии. Разбивая тяжелые атомные ядра вместе, ученые могли создать крошечный огненный шар, который эффективно плавит частицы до их изначальных форм за долю секунды. Ученые думают, что они впервые создали QGP в 2000 году, но последнее исследование, опубликованное в мае 2021 года в журнале Physics Letters B, была первым случаем, когда они смогли исследовать характеристики жидкости в деталях. Поскольку плазма длилась всего от 10 до минус 23 секунд, ученые использовали новое компьютерное моделирование вместе с данными, полученными с помощью прибора под названием ALICE - сокращенно от эксперимента с большим ионным коллайдером - в ускорителе, чтобы выяснить свойства вещества и как он мог измениться между моментом его образования и моментом его конденсации в адроны. Они обнаружили, что QGP была идеальной жидкостью, а это означает, что она почти не имела вязкости или сопротивления потоку, а также со временем меняла форму, в отличие от других форм материи.

Эта информация помогает ученым понять, какой была Вселенная в первые моменты ее зарождения после Большого взрыва. Ученые надеются раскрыть более подробную информацию, когда ускоритель будет модернизирован и новый ускоритель стоимостью в миллиард долларов в Соединенных Штатах будет запущен. Дополнительные исследования могут помочь ученым понять, как кварки и глюоны организованы в протоны и нейтроны, и "потенциально связаны с более ранней стадией [называемой] квантовой инфляцией в модели Большого взрыва", - сказал Чжоу.