Большой адронный коллайдер (БАК), расположенный на границе Швейцарии и Франции, остается мощнейшим инструментом для изучения фундаментальной структуры материи. Благодаря колоссальной энергии ускоритель позволяет сталкивать частицы, дробя их на составляющие, и тем самым имитировать экстремальные условия, существовавшие в ранней Вселенной. Недавний эксперимент на детекторе ALICE позволил ученым продвинуться в этих исследованиях еще дальше.
Кварк-глюонная плазма: «суп» ранней Вселенной
В первые микросекунды после Большого взрыва Вселенная находилась в состоянии кварк-глюонной плазмы. Этот плотный «суп» из субатомных частиц существовал около 10–20 мкс, после чего остыл, сформировав протоны и привычную нам материю. Для полноценного воспроизведения такого состояния энергии стандартных столкновений протонов в БАК недостаточно. Для создания условий, необходимых для «варки кваркового супа», физикам требуются более тяжелые частицы — ионы.
Отметим, что изучение этого состояния вещества является ключевой специализацией российского коллайдера NICA, который приступил к экспериментам в 2025 году. Его конструкция специально оптимизирована для столкновения ионов и воссоздания первых мгновений жизни Вселенной.
Столкновения железа и анизотропный поток
В серии опытов на БАК ученые перешли от столкновений протонов к более сложным процессам: сначала с атомами свинца, а затем — для детектора ALICE — с атомами железа. Ранее признаки возникновения плазмы наблюдались при взаимодействии протонов со свинцом, однако уровней энергии не хватало для формирования качественного массива данных.
Главным результатом эксперимента с железом стало обнаружение анизотропного потока — эффекта, при котором частицы вылетают из зоны столкновения в строго определенных направлениях. Исследователи зафиксировали, что барионы (частицы из трех кварков) демонстрируют более выраженный поток по сравнению с мезонами (частицы из двух кварков). Специалисты объясняют это повышенной текучестью плазмы для трехкварковых структур.
Что это значит для науки
Результаты работы доказывают, что кварк-глюонная плазма может возникать даже при сравнительно низких энергиях столкновений. Хотя этот метод не позволяет полностью воссоздать всю картину первых мгновений существования космоса, он открывает путь к выявлению фундаментальных закономерностей, которые помогут лучше понять, как именно родилась наша Вселенная.
