Ученые из Массачусетского технологического института впервые получили экспериментальные доказательства того, что кварки при взаимодействии с кварк-глюонной плазмой оставляют вихревые структуры, похожие на рябь на поверхности жидкости. Результаты работы опубликованы в журнале Physics Letters и подтверждают гипотезу о том, что материя в первые мгновения после Большого взрыва вела себя как жидкость, а не как хаотичный набор частиц.
Исследователи напоминают, что в первые микросекунды существования Вселенной температура достигала триллионов градусов, и материя находилась в состоянии кварк-глюонной плазмы. В этой фазе кварки и глюоны свободно взаимодействовали, прежде чем объединиться в протоны и нейтроны. Чтобы воссоздать подобные условия, физики в Европейском центре ядерных исследований проводят столкновения тяжелых ионов на околосветовых скоростях, в результате чего на короткое время возникают капли этой экстремально горячей и плотной среды.
Профессор MIT Йен-Джи Ли пояснил, что такие эксперименты позволяют получить своего рода мгновенные снимки того, как кварки движутся внутри кварк-глюонной плазмы. В ходе анализа ученые обнаружили, что прохождение кварков через эту среду приводит к образованию вихрей, напоминающих след от движущегося объекта на воде. Это указывает на жидкостную природу плазмы, которая замедляет кварки и перераспределяет их энергию.
Для наблюдений использовались Z-бозоны, которые почти не взаимодействуют с плазмой и позволяют зафиксировать влияние самих кварков. Ученые проанализировали более 13 миллиардов столкновений и отобрали около 2000 событий с участием Z-бозонов, что дало возможность проследить формирование вихревых структур. По словам Ли, характерное появление вихрей в противоположном направлении движения кварка стало ключевым подтверждением теории.
Полученные данные подтвердили гипотезу профессора Кришны Раджагопала из MIT, ранее предположившего, что кварк-глюонная плазма обладает свойствами жидкости. Даниэль Паблос из Университета Овьедо отметил, что это открытие стало результатом многолетней работы и открывает новые возможности для изучения свойств материи в условиях, близких к тем, которые существовали на заре Вселенной. Анализ формы и динамики вихрей, по мнению ученых, позволит глубже понять внутренние характеристики кварк-глюонной плазмы и процессы, лежащие в основе эволюции Вселенной.
