Большой адронный коллайдер (БАК) помог физикам лучше понять свойства кварк-глюонной плазмы — особого состояния материи, из которого состояла Вселенная в первые микросекунды после Большого взрыва.
Рождение первичной материи
В первые моменты после рождения Вселенной пространство было заполнено экстремально горячей и плотной кварк-глюонной плазмой. Ученые из организации CERN воссоздали условия той эпохи, разогнав ядра железа до скоростей, близких к скорости света, в 27-километровом кольцевом ускорителе БАК. Эти эксперименты проводятся в рамках научной программы ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
Команда ALICE зафиксировала закономерность, общую для различных типов столкновений: от взаимодействия отдельных протонов до соударений ядер свинца. Эти данные доказывают, что кварк-глюонная плазма может возникать в гораздо меньших масштабах, чем предполагалось ранее.
Анизотропный поток как индикатор плазмы
Раньше считалось, что энергии столкновений протонов или протонов с ядрами свинца недостаточно для генерации кварк-глюонной плазмы. Однако новые наблюдения подтвердили наличие признаков этой материи даже в таких «малых» событиях.
Важнейшим маркером кварк-глюонной плазмы является анизотропный поток частиц, то есть их неравномерный разлет в определенных направлениях. Исследователи выяснили, что на промежуточных скоростях интенсивность потока зависит от состава частиц:
- Барионы (состоящие из трех кварков) демонстрируют более мощный поток.
- Мезоны (состоящие из двух кварков) показывают более слабый поток.
Анализируя данные столкновений, специалисты ALICE подтвердили: даже в условиях малых систем частицы ведут себя так же, как в масштабных ядерных столкновениях.
«Это первый случай, когда мы наблюдали данную закономерность на широком интервале импульсов и для множества видов частиц в подмножестве столкновений протонов с высоким выходом частиц. Результаты подтверждают гипотезу о том, что расширяющаяся система кварков существует даже при минимальных размерах области столкновения», — пояснил координатор ALICE Дэвид Добригкейт Чинеллато.
Будущие исследования
Сравнение полученных данных с теоретическими моделями показало, что существующие алгоритмы верны лишь в том случае, если учитывают процесс коалесценции (слияния) кварков. Модели, игнорирующие этот механизм, не смогли воспроизвести наблюдаемые результаты.
Несмотря на успех, некоторые аспекты все еще требуют уточнения. Исследователи полагают, что окончательные ответы даст изучение столкновений частиц с промежуточными массами. «Мы ожидаем, что данные о столкновениях с участием кислорода, которые будут собраны в 2025 году, заполнят существующий пробел и позволят глубже понять эволюцию кварк-глюонной плазмы», — добавил представитель ALICE Кай Шведа.
