Международная группа физиков из Массачусетского технологического института и ЦЕРН впервые получила доказательства того, что кварк-глюонная плазма, заполнявшая Вселенную в первые мгновения после Большого взрыва, вела себя как жидкость. Ученым удалось зафиксировать «кильватерный след».
Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой «суп» из невероятно плотной плазмы с температурой в триллионы градусов. Эта субстанция, известная как кварк-глюонная плазма (КГП), существовала всего несколько миллионных долей секунды, прежде чем остыть и сформировать первые атомы.
Долгие годы ученые спорили, была ли эта первоматерия жидкостью или вела себя как хаотичный набор частиц. Ответ удалось получить благодаря анализу 13 миллиардов столкновений частиц свинца на Большом адронном коллайдере.
Ключевой проблемой было то, что кварки никогда не рождаются поодиночке — они всегда образуются в паре с антикварком, которые разлетаются в противоположных направлениях, создавая перекрестные помехи. Физики обошли это препятствие, сфокусировавшись на редких событиях, когда вместо пары кварк-антикварк рождался кварк вместе с Z-бозоном — нейтральной частицей, которая не взаимодействует с плазмой и не оставляет следа. Из 13 миллиардов столкновений ученые отобрали около 2000 таких событий.
«Z-бозон служит идеальным маркером, позволяя нам наблюдать след, создаваемый одиночным кварком, как если бы мы могли видеть кильватерную волну от лодки на чистой воде», — объясняет физик Йен-Джи Ли из Массачусетского технологического института.
Анализ показал, что кварк, пролетая сквозь плазму, замедляется и передает ей часть своей энергии, создавая характерные завихрения. Изменение плотности плазмы в «кильватере» составляет менее 1% — именно поэтому эффект не удавалось зафиксировать на протяжении двадцати лет.
Теоретическую базу для открытия заложил профессор Кришна Раджагопал из MIT, разработавший гибридную модель, предсказывающую жидкоподобное поведение КГП. «Это однозначное, неопровержимое доказательство», — заявил ученый. Независимые измерения коллабораций ATLAS, ALICE и CMS, опубликованные в журналах Physical Review Letters и Physics Letters B, подтверждают: кварк-глюонная плазма ведет себя как почти идеальная сверхтекучая жидкость с рекордно низкой вязкостью. Открытие завершает двадцатилетнюю историю исследований, начатую на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), и открывает новые возможности для изучения материи в экстремальных условиях.
Ранее стало известно, что ученые нашли бактерию счастья. Также сообщалось, что количество бактерий в кишечнике влияет на психику.