Вселенная - это суп с фрикадельками. Физики воссоздали первую миллисекунду после Большого взрыва и её жидкое начало.

Международная группа физиков в рамках коллаборации CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) достигла исторического прорыва в изучении эволюции Вселенной.

Путем воссоздания условий, существовавших в первую миллисекунду после Большого взрыва, ученые обнаружили, что первичная материя вела себя не как газ, а как чрезвычайно горячая и вязкая жидкость.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Physics Letters B, стали возможными благодаря фиксации уникального следа, который высокоэнергетический кварк оставляет в ядерной материи.

При столкновении тяжелых атомных ядер на скоростях, приближенных к скорости света, материя на мгновение переходит в экзотическое состояние - кварк-глюонную плазму.

В этой среде плотность и температура достигают триллионов градусов, что разрушает привычную структуру атомов. Кварки и глюоны, которые обычно прочно удерживаются внутри протонов и нейтронов, высвобождаются и начинают двигаться коллективно.

«Наши данные показывают, что размер этой плазменной капли в 10 000 раз меньше типичного атома и ведет себя как жидкость», — отмечает Ли Чен, доцент кафедры физики Университета Вандербильта.

Физикам впервые удалось наблюдать, как энергичная частица «прошивает» эту плазму, оставляя за собой характерный след, подобный волне за лодкой, движущейся по воде.

Главной проблемой эксперимента было отделение сигнала самой частицы от возмущений в окружающей среде. Для решения этой задачи ученые использовали Z-бозон — носитель слабого ядерного взаимодействия.

Z-бозон образуется одновременно с кварком, но, в отличие от него, практически не взаимодействует с плазмой и вылетает из зоны столкновения неповрежденным.
Это позволило исследователям использовать его как точный маркер начального направления и энергии кварка.

Анализируя пространство непосредственно за траекторией кварка, ученые обнаружили «зону обеднения» - падение количества частиц менее чем на 1%. Это микроскопическое снижение плотности подтверждает, что кварк передает импульс плазме, выталкивая ее вперед, как нос лодки выталкивает воду.

Глубина и форма этой «впадины» за кварком дают критически важную информацию о вязкости первичной вселенной. Если плазма течет легко, как вода, впадина заполняется быстро; если она по консистенции ближе к меду, след сохраняется дольше.

Понимание этих свойств является ключевым для космологии, ведь эпоху кварк-глюонной плазмы невозможно увидеть ни в один телескоп - тогда Вселенная была абсолютно непрозрачной для света.

Сейчас полученные результаты являются началом масштабного изучения свойств первичного «космического бульона».

Физики планируют накопить больше данных, чтобы точно определить, насколько «густым супом» была наша Вселенная в момент своего рождения.

via