Ученые получили капельки кваркового «супа», исконной материи ранней Вселенной

Согласно некоторым современным теориям материя, которая заполняла собой Вселенную в первые моменты времени после Большого Взрыва, находилась в крайне экзотическом состоянии так называемого кваркового «супа», кварково-глюонной плазмы. И недавно группе исследователей удалось получить в лабораторных условиях сверхгорячие и сверхмалые капельки такого кваркового «супа» в лабораторных условиях, что позволило им «оглянуться назад во времени», на самые первые микросекунды спустя момента Большого Взрыва.

 Кварк-глюонная плазма
© Javier Orjuela Koop

За счет некоторых уловок ученым удалось получить капельки плазмы, имеющие определенную форму — круга, эллипса и треугольника. Плазма создавалась в недрах большого ускорителя частиц, Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), который находится в Национальной лаборатории Брукхейвена и который сталкивает протоны и нейтроны, разогнанные до релятивистских скоростей.

Что же именно представляет собой кварково-глюонная плазма? Это — подобное жидкости состояние материи, в котором она может существовать только при очень высоких температурах, значения которых способны «сломать мозг» неискушенному человеку. При таких температурах кварки еще не могут объединиться и сформировать обычные элементарные частицы, такие, как протоны и нейтроны, из которых, в свою очередь, формируются атомы. И такие температуры находятся где-то на отметке в 4 триллиона градусов по шкале Цельсия.

Естественно, что столь высокая температура не может удерживаться самостоятельно долгое время, через короткий промежуток плазма охлаждается и из ее кварков и глюонов формируются обычные элементарные частицы. Но этого короткого промежутка ученым достаточно для изучения материи, находящейся в исконном виде, что дает им возможность изучить самые первые моменты истории Вселенной.

Атомные столкновения (слева) с образованием трех форм плазмы (справа)
© PHENIX, Nature 2018

Главным результатом проведенного эксперимента PHENIX является то, что ученым удалось получить достоверные доказательства того, что свойства кварковой плазмы очень близки к свойствам идеальной жидкости, обладающей свойством сверхтекучести — нулевым значением коэффициента вязкости и текущей, за счет этого, в любом направлении без трения и сопротивления. То, что кварковая плазма является идеальной жидкостью, ученые знали достаточно давно, но у них не было никакой уверенности в том, что эти свойства плазмы сохранятся на микроскопическом масштабе.

Именно для подтверждения свойств идеальной жидкости, капелькам кварковой плазмы была придана определенная форма. И если бы плазма не являлась идеальной жидкостью, капельки не смогли бы сохранять приданную им форму достаточно долгое время. Однако, полученные результаты говорят о том, что кварковая плазма всегда является жидкость, даже в самом минимальном количестве. Во время экспериментов форму сохраняли даже капельки плазмы, порожденные столкновением всего нескольких протонов.

В ближайшее время ученые из лаборатории Брукхейвена займутся модернизацией имеющегося у них оборудования эксперимента PHENIX, который после этого получит название sPHENIX. Обновленное оборудование позволит ученым получать еще меньшие капли кварковой плазмы, разогретые до еще большей температуры. Это, в свою очередь, приблизит ученых еще на несколько микро- или пикосекунд ближе к моменту «виртуального» Большого Взрыва и оставит им больше времени для изучения свойств одного из самых экзотических состояний материи.

Статья опубликована в журнале Nature Physics 
Источник: dailytechinfo.org