Вчені з MIT та CERN, провівши моделювання, отримали уявлення про те, яким був Всесвіт після Великого вибуху, і описали його як суп.

Науковці проаналізували 13 мільярдів зіткнень у Великому адронному колайдері.

Фізики змоделювали стан Всесвіту відразу після Великого вибуху та виявили, що первісна матерія проявляла властивості рідини. Мова йде про кварково-глюонну плазму — надщільний і надгарячий стан речовини. Ці результати були отримані внаслідок аналізу мільярдів зіткнень у Великому адронному колайдері, повідомляє ScienceAlert.

Невдовзі після Великого вибуху Всесвіт був заповнений так званою кварково-глюонною плазмою (QGP) — надщільною “рідиною”, що існувала лише частки секунди. За оцінками, її температура перевищувала температуру поверхні Сонця в мільярд разів, після чого вона розширилася, охолола й згодом сформувала атоми.

Група фізиків з Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology, MIT) та Європейської організації з ядерних досліджень (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) відтворила зіткнення важких іонів, подібні до тих, що створювали QGP у ранньому Всесвіті. Вони проаналізували дані зіткнень частинок свинцю, розігнаних майже до швидкості світла у Великому адронному колайдері.

Такі зіткнення генерують енергетичні частинки, зокрема кварки, а також короткочасні “краплі” кварково-глюонної плазми. Дослідники простежили, як кварки переміщуються крізь цю плазму та як вона реагує на їхню енергію. Результати дослідження науковці опублікували в журналі Physics Letters B.

“Тепер ми бачимо, що плазма надзвичайно щільна, настільки, що вона здатна уповільнити кварк і створювати бризки та завитки, подібно до рідини. Отже, кварк-глюонна плазма дійсно є первинним супом”, — пояснив фізик Єн-Джі Лі з Массачусетського технологічного інституту.

Коли кварки проходять через QGP, вони сповільнюються і збурюють середовище, залишаючи слід, подібно до моторного човна на воді. Фізик з Массачусетського технологічного інституту Крішна Раджагопал наводить просту аналогію: так само, як катер передає імпульс озеру, змушуючи воду рухатися за ним, кварки створюють “хвилі” у надгарячій плазмі.

Виявити цей ефект було непросто, адже плазма існує лише квадрильйонну частку секунди, а зіткнення супроводжуються тисячами взаємодіючих частинок. До того ж кварки зазвичай виникають у парі з антикварками й розлітаються в протилежних напрямках, що ускладнює аналіз.

Тому замість пошуку пар кварк–антикварк дослідники зосередилися на рідкісних випадках, коли разом із кварком утворюється Z-бозон. Оскільки ця нейтральна частинка не взаємодіє з QGP, вона дозволяє точніше виміряти слід, створений одним кварком.

Із 13 мільярдів проаналізованих зіткнень лише близько 2000 призвели до утворення Z-бозона. Проте саме ці випадки дозволили підтвердити, що плазма реагує як рідина — плескається й закручується після проходження кварка.

Раджагопал назвав отримані дані “остаточним, безпомилковим доказом” рідинної поведінки QGP, хоча визнав, що дискусія щодо природи цієї матерії триватиме. За його словами, нова методика може стати основою для дослідження інших високоенергетичних процесів і допоможе краще зрозуміти одну з найзагадковіших форм речовини в історії Всесвіту.

“У багатьох інших галузях науки спосіб, яким ви дізнаєтеся про властивості матеріалу, полягає в тому, щоб якимось чином порушити його і виміряти, як порушення поширюється і розсіюється”, — підсумував Раджагопал.

Раніше астрономи провели масштабний “перепис” звичайної матерії Всесвіту і з’ясували, що вона переважно ховається у просторі між галактиками. Це дослідження підтвердило теорію Великого вибуху, показавши, що на зорі та планети припадає менше ніж 10% баріонної речовини, тоді як понад 76% розпорошено в міжгалактичному середовищі.