Вчені відтворили момент після Великого вибуху — це шалено!

У колайдері відтворили умови, схожі на ті, що панували у Всесвіті через мікросекунди після Великого вибуху.

Від кварк-глюонної плазми до матерії

Міжнародна команда дослідників із Барселони, Індії та Техасу провела дослідження поведінки частинок з важкими кварками в екстремальному середовищі. Йдеться про чарівні та нижні адрони — частинки, що містять важкі кварки. Ці частинки створюють унікальну можливість вивчити природу матерії, яка існувала лише в перші миті після появи Всесвіту.

Щоб змоделювати такі умови, використовують зіткнення важких іонів на надвисоких енергіях у прискорювачах, зокрема RHIC і Великий адронний колайдер. Такі зіткнення короткочасно створюють кварк-глюонну плазму — надгарячу форму матерії, в якій кварки і глюони не зв’язані в частинки. Після охолодження плазма переходить у адронну фазу — стан, знайомий нам у вигляді протонів, нейтронів і мезонів.

Часова шкала розширення Всесвіту, де простір схематично представлений у кожний момент часу круговими ділянками. Зліва – різке розширення інфляції; в центрі – прискорення розширення. (NASA/WMAP Science Team)

Повільні частинки — глибше розуміння

Важкі кварки, на відміну від легких, поводяться повільніше і взаємодіють з середовищем інакше. Тому вони є природними сенсорами внутрішніх процесів у щільному середовищі. Вчені вивчали, як мезони D і B — частинки з чарівними та нижніми кварками — втрачають енергію і змінюють напрям у зіткненнях.

Згідно з новими результатами, саме перехідна фаза охолодження значно впливає на поведінку частинок. “Ця фаза… відіграє важливу роль у тому, як частинки втрачають енергію і рухаються разом”, — зазначає Хуан М. Торрес-Рінкон (Барселонський університет). Раніше фокус досліджень був зосереджений переважно на первинному гарячому стані.

Значення для майбутніх експериментів

Результати мають фундаментальне значення для розуміння сили, що утримує матерію разом, і етапів еволюції Всесвіту. Нові дані стануть базою для експериментів на Суперпротонному суперсинхротроні ЦЕРН і майбутньому комплексі FAIR у Німеччині.

Це дослідження наближає фізиків до відповіді на питання: як з первинного хаосу виник упорядкований світ. І водночас розкриває особливості взаємодії фундаментальних частинок у станах, яких більше не існує в природі, але які визначили все, що ми бачимо довкола.