Физики из University of Copenhagen и CERN сообщили, что признаки кварк-глюонной плазмы удалось получить не только в столкновениях очень тяжёлых ядер, но и при ударах более лёгких — кислорода-16 и неона-20. Работа важна для понимания ранней Вселенной: именно такое сверхгорячее состояние вещества, как считается, существовало в первые мгновения после Большого взрыва.
Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. По данным исследователей, эксперимент также помогает изучать геометрию атомных ядер через след, который они оставляют в потоке частиц после столкновения.
Что именно проверяли
Согласно современной картине, кварк-глюонная плазма возникла в течение крошечного промежутка времени после Большого взрыва около 13,8 млрд лет назад. Это было настолько горячее и плотное состояние материи, что протоны и нейтроны тогда ещё не могли сформироваться: кварки и глюоны существовали в свободном виде, а затем начали связываться по мере охлаждения и расширения Вселенной.
Проблема в том, что долгое время плазму связывали прежде всего со столкновениями атомов с очень тяжёлыми ядрами, например свинца. Чтобы проверить, возможно ли получить похожее состояние из более лёгких элементов, команда провела столкновения ядер почти на скорости света.
Что показал эксперимент
Авторы изучали не сам момент удара — он происходит слишком быстро для прямого наблюдения, — а частицы, возникающие сразу после него, и форму их распределения. По этим данным можно судить о геометрии ядер в начале столкновения.
Соавтор работы You Zou, физик и один из авторов исследования, сейчас работающий в University of Maryland, в заявлении объяснил это так: точное понимание структуры ядер помогает лучше разобраться в сильном взаимодействии. Вместо изучения ядер на низких энергиях учёные сталкивают их на максимально доступных энергиях и затем читают их форму по оставленному отпечатку.
Как пояснил соавтор исследования Emil Gorm Dahlbæk Nielsen из Niels Bohr Institute, подход напоминает работу с тенью: сам объект напрямую не виден, но его форма проявляется через след. В данном случае роль такой «тени» играет движение частиц после столкновения.
Исследователи обнаружили, что столкновение двух ядер кислорода создаёт более округлую картину распределения частиц, а столкновение ядер неона — рисунок, который авторы сравнивают с кеглей для боулинга.
Почему это важно для физики
Главный вывод работы в том, что признаки кварк-глюонной плазмы, по данным авторов, можно получить и с участием более лёгких ядер. Это расширяет представления о том, в каких условиях может возникать такое состояние вещества, и даёт новый инструмент для изучения как структуры ядер, так и процессов, напоминающих самые ранние этапы эволюции Вселенной.
При этом исследователи отдельно оговаривают ограничение: результат не означает, что именно кислород или неон присутствовали в первые мгновения после Большого взрыва. Речь идёт о лабораторном воспроизведении похожего состояния, а не о прямом указании на конкретный состав ранней Вселенной.
Что дальше
Следующим этапом команда называет эксперименты с ещё более лёгкими кандидатами, в том числе с гелием-4. Такие столкновения должны помочь уточнить, насколько далеко можно продвинуться в создании кварк-глюонной плазмы из лёгких ядер и какие именно свойства вещества при этом удаётся восстановить.
Читайте так же:
- Прощай, Большой адронный коллайдер: конец эпохи ускорителей?
- Дрон-уничтожитель комаров разрывает кровососов на части
- Ядерная энергия на расплавленных солях может стать топливом для грузовых судов будущего
Работа показывает, что один и тот же эксперимент может одновременно дать данные о форме атомных ядер и о состоянии материи, существовавшем на заре Вселенной. Но это пока не окончательный ответ о том, какие именно частицы доминировали тогда: исследователям ещё предстоят новые проверки с более лёгкими ядрами.
