Физики обнаружили следы кварков в материи ранней Вселенной
В первые моменты после возникновения Вселенной существовало уникальное состояние материи, в котором кварки и глюоны перемещались при температурах, достигающих нескольких триллионов градусов. Современные физики способны воссоздавать краткоживущую кварк-глюонную плазму в ходе столкновений тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере. Эту информацию сообщает издание Известия.
Недавно исследователи получили прямые доказательства того, что проходящие через эту плазму кварки могут создавать волны и вихревые движения, напоминающие следы частиц в жидкости. О том, как кварки оставляют следы в материи ранней Вселенной, рассказывается в публикации.
Исследование, опубликованное в журнале Physics Letters B, посвящено тому, как кварк-глюонная плазма реагирует на быстро движущуюся частицу. В результате эксперимента были выявлены характерные изменения в распределении энергии — всплески и вихревое движение — в области, противоположной направлению зарегистрированного Z-бозона.
Полученные данные соответствуют теоретическим прогнозам, согласно которым плазма должна реагировать на движение кварка как жидкость.
Йенджи Ли, профессор физики в Массачусетском технологическом институте, отметил, что в научном сообществе давно обсуждается, как именно плазма должна реагировать на кварки. Теперь стало очевидно, что плазма невероятно плотная, что позволяет ей замедлять кварки и создавать вихри, как это происходит в жидкости. Таким образом, кварк-глюонная плазма действительно представляет собой первобытный бульон.
Температура в ранней Вселенной достигала нескольких триллионов градусов, и кварки с глюонами находились в состоянии, известном как кварк-глюонная плазма. По мере расширения и охлаждения Вселенной они объединились в протоны, нейтроны и другие частицы, из которых состоит современная материя.
Кварк-глюонная плазма считается состоянием материи, существовавшим в самые ранние моменты истории Вселенной. Она образуется и в современных экспериментах при столкновениях тяжелых ионов, но существует крайне недолго.
На Большом адронном коллайдере физики воссоздают небольшие объемы такой плазмы, сталкивая тяжелые ионы почти со скоростью света. Капли кварк-глюонной плазмы живут менее одной квадриллионной доли секунды, поэтому их невозможно наблюдать напрямую — свойства плазмы восстанавливаются по распределению частиц, возникающих после столкновения.
Ранее ученые пытались обнаружить следы движения кварков, исследуя пары кварка и антикварка. Однако такой подход создавал сложности, так как частицы движутся в противоположных направлениях и могут оставлять перекрывающиеся следы, что затрудняет определение вклада каждого кварка.
Теперь исследователи применили новую методику, позволяющую наблюдать влияние отдельного кварка на кварк-глюонную плазму через другую пару частиц, используя Z-бозон в качестве метки. Z-бозон почти не взаимодействует с окружающей плазмой, что позволяет использовать его как ориентир для определения направления движения кварка.
Команда проанализировала данные о примерно 13 миллиардах столкновений тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере, выделив около двух тысяч событий, в которых образовывался Z-бозон. Для этих событий ученые проследили распределение энергии в короткоживущей кварк-глюонной плазме.
В направлении, противоположном Z-бозону, неоднократно возникала характерная картина с всплесками и вихревым движением. Поскольку сам Z-бозон почти не взаимодействует с плазмой, наблюдаемые возмущения были связаны с движением кварка.
Полученные результаты согласуются с предсказаниями гидродинамической модели. Исследователи получили первые прямые доказательства того, что кварк действительно увлекает за собой больше плазмы во время своего движения, что позволит изучать свойства и поведение этой экзотической жидкости с беспрецедентной детализацией.
Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX
