Как кварк, летящий сквозь «суп» Большого взрыва, создаёт рябь: новые доказательства жидкой природы кварк-глюонной плазмы
Учёные в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) получили новые ключевые свидетельства, подтверждающие, что кварк-глюонная плазма ведёт себя как плотная и текучая жидкость, а не как газ. Исследование выявило, что отдельные кварки, проходя через эту экстремальную среду, создают волновые возмущения, подобные ряби на воде.
Кварк-глюонную плазму, состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва, физики воссоздают на Большом адронном коллайдере. Она образуется при столкновениях тяжёлых ионов, разогнанных почти до скорости света, и представляет собой сверхгорячий «суп» из фундаментальных частиц — кварков и глюонов.
Группа физиков из Массачусетского технологического института (MIT), работающая в CERN, разработала инновационный метод для прямого наблюдения за тем, как одиночный кварк взаимодействует с этой плазмой. Исследователи обнаружили характерные волновые эффекты, которые возникают, когда кварк движется сквозь среду. Ранее учёные теоретически предполагали, что плазма должна реагировать на пролетающие частицы как единая жидкость, и новые данные служат экспериментальным подтверждением этой модели.
Для анализа использовались данные детектора CMS. Учёные отбирали редкие события столкновений ионов свинца, в которых одновременно рождались кварк и Z-бозон, разлетающиеся в противоположные стороны. Поскольку Z-бозон почти не взаимодействует с плазмой, он служил идеальным контрольным ориентиром, позволяя выделить «след», который оставлял после себя кварк.
Из примерно 13 миллиардов зарегистрированных столкновений физики выделили и изучили около двух тысяч соответствующих событий. В них были обнаружены волновые картины, точно совпадающие с теоретическими предсказаниями. Эти результаты открывают новый путь для изучения кварк-глюонной плазмы и позволяют глубже понять, как вела себя материя в самые первые мгновения существования Вселенной.