У стінах ЦЕРНу (CERN) сталося подія, яку можна порівняти з запуском машини часу. Вченим вдалося відтворити умови, що панували в перші мікросекунди після Великого вибуху. Експерименти підтвердили формування кварк-глюонної плазми — стану матерії, який вважається «первинною речовиною» нашого Всесвіту.
Температура, що перевищує Сонце у 100 000 разів
Кварк-глюонна плазма (КГП) — це не просто гарячий газ. Це екстремальний стан, що виникає при жахливому тиску та температурах, які більш ніж у 100 000 разів перевищують жар у центрі Сонця. У таких умовах звичні складні частинки не витримують і розпадаються на свої фундаментальні складові — кварки та глюони.
Майже через 14 мільярдів років після виникнення Всесвіту фізикам вдалося короткочасно відтворити цей давній світ за допомогою високоенергетичних зіткнень ядер у Великому адронному колайдері (ВАК).
Руйнування старих теорій: легкі ядра проти важких
Довгий час у науковому співтоваристві панувала думка, що для народження такої екстремального середовища необхідні зіткнення виключно важких іонів. Вважалося, що лише ядра свинцю, які більш ніж у 200 разів важчі за протони, здатні створити достатній об'єм та густоту для утворення плазми.
Однак нові експериментальні дані спростували цю догму. Дослідження довели: для створення первинного середовища достатньо маси більш легких атомних ядер. Зіткнення ядер кисню та неону в колайдері виявили явні ознаки утворення кварк-глюонної плазми.
Ефект «згасання струменів» як головний доказ
Як вчені зрозуміли, що плазма утворилася? Головним підтвердженням стала втрата енергії швидкими кварками та глюонами при проходженні крізь гаряче середовище. Це явище отримало назву «згасання струменів».
Колаборація ATLAS зафіксувала цей ефект, звернувши увагу на дисбаланс пар часткових струменів. У лобових зіткненнях з великим об'ємом плазми енергія частинок гасилася, що й стало маркером присутності КГП.
Детектори CMS та LHCb підтвердили ці спостереження, зафіксувавши пригнічення народження енергійних частинок. Примітно, що в системах неон-неон це пригнічення виявилося навіть сильнішим, ніж очікувалося, через великі розміри утвореного об'єму плазми.
Речовина, що поводиться як єдиний потік
Окрім втрати енергії, детектор ALICE зафіксував ще одну фундаментальну особливість. Частинки, що виникли після зіткнення, рухалися не хаотично, як це відбувається в звичайному газі, а узгоджено, ніби їх захопив спільний потік.
Це свідчить про те, що кварк-глюонна плазма поводиться не як набір окремих розрізнених частинок, а як єдине рідкісне речовина з унікальними властивостями. Ці відкриття відкривають нові горизонти в розумінні того, як формувалася матерія на самому початку існування нашого Всесвіту.
