«Первобытный суп» Вселенной оказался жидким

Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой триллионоградусный «суп» из сверхплотной плазмы. Теперь физики получили первые убедительные доказательства того, что эта экзотическая материя действительно «плескалась и закручивалась, как жидкость». Об этом говорится в новом исследовании ученых из MIT и CERN. Речь идет о кварк-глюонной плазме — quark-gluon plasma (QGP). Согласно теориям, она была самым горячим «жидким» состоянием вещества в истории, в миллиард раз горячее поверхности Солнца, и существовала лишь миллионные доли секунды, прежде чем расшириться, остыть и превратиться в атомы.

Эксперимент на грани света

Чтобы изучить свойства этой первичной материи, исследователи проанализировали столкновения ионов свинца в Большом адронном коллайдере CERN. Такие столкновения, происходящие почти на скорости света, создают каплю кварк-глюонной плазмы — подобную той, что существовала в ранней Вселенной. Физики проследили движение кварков через эту плазму и оценили распределение энергии после столкновений. По словам физика MIT Йен-Цзе Ли, «теперь мы видим, что плазма невероятно плотная, настолько, что способна замедлить кварк и создавать всплески и завихрения, как жидкость. Таким образом, кварк-глюонная плазма действительно является первобытным супом».

След за кварком, как за лодкой

Когда кварк проходит через плазму, он теряет часть энергии и оставляет «след», подобно лодке, рассекающей воду. «По аналогии, когда у вас есть лодка, движущаяся по озеру, кильватер — это вода позади лодки, которая движется в том же направлении. Лодка передает импульс области воды, которая “следует” за ней», — пояснил физик MIT Кришна Раджагопал.

Однако увидеть такой «след» крайне сложно. Плазма существует в коллайдере лишь квадриллионную долю секунды, а ученым приходится анализировать десятки тысяч взаимодействующих частиц, чтобы выделить смещенные из-за кильватера частицы.

Чтобы упростить задачу, исследователи искали не пары кварк-антикварк, как раньше, а события, где одновременно образуются кварк и Z-бозон. Поскольку Z-бозон не взаимодействует с плазмой и не оставляет «следа», это позволило изучить влияние одного кварка. Из 13 миллиардов столкновений лишь около 2000 дали Z-бозон, но именно они позволили подтвердить: плазма ведет себя как жидкость.

Раджагопал назвал результаты «окончательным, недвусмысленным доказательством» жидкоподобного поведения QGP. Впрочем, он признает, что научная дискуссия о природе этой материи, вероятно, продолжится. Новая методика открывает путь к изучению одной из самых загадочных субстанций в истории Вселенной.