На БАК получено первое прямое доказательство жидкой природы кварк-глюонной плазмы
Международная группа физиков на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН впервые получила прямое экспериментальное доказательство того, что кварк-глюонная плазма – состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва, – ведет себя как единая сверхплотная жидкость. Исследователи во главе с профессором MIT Йен-Джи Ли наблюдали четкие следы «кильватерного следа», который оставляет за собой кварк, движущийся сквозь эту «первобытную жидкость», подобно тому, как утка оставляет за собой рябь на воде.
Кварк-глюонная плазма (КГП) – это триллионоградусная «суповая» субстанция из свободных кварков и глюонов, которые являются фундаментальными строительными блоками всей видимой материи. Ученые воссоздают ее на БАК, сталкивая тяжелые ионы (например, ядра свинца) на околосветовых скоростях. Полученные капли плазмы живут невероятно короткое время, и до сих пор прямой реакции этой экзотической материи на пролетающие сквозь нее частицы наблюдать не удавалось.
Главным прорывом стала разработка новой методики. Вместо поиска пар «кварк-антикварк», чьи следы могли перекрывать друг друга, команда сосредоточилась на редких событиях столкновений, в которых рождались два объекта: один кварк с высокой энергией и так называемый Z-бозон – нейтральная частица, почти не взаимодействующая с окружающей плазмой. Z-бозон служил идеальным маркером, указывающим направление, в котором должен был лететь кварк. Проанализировав энергию вокруг траектории Z-бозона, ученые обнаружили характерную картину «всплесков» и «завихрений» плазмы в строго противоположном направлении. Этот «след» и является прямым свидетельством того, что одиночный кварк, как объект в вязкой жидкости, тормозится и взаимодействует с плазмой как с целым, заставляя ее «плескаться».
Полученные данные согласуются с теоретической «гибридной моделью», предсказанной ранее профессором MIT Кришной Раджагопалом. Наблюдение этого эффекта открывает новую возможность для изучения свойств кварк-глюонной плазмы. Измеряя размер, скорость затухания и другие параметры «кильватерных следов», физики смогут с беспрецедентной точностью определить характеристики этой самой горячей и совершенной жидкости во Вселенной и понять, как она вела себя в самые первые мгновения после рождения космоса.
Исследование, проведенное в рамках коллаборации CMS, в журнале Physics Letters B.