Более двадцати лет ученые охотились за неуловимым феноменом, и вот наконец им удалось наблюдать явление в горячем и плотном «супе» из частиц, аналогичном тому, что заполнял космос спустя мгновения после Большого взрыва. Это достижение поможет космологам лучше понять невероятно горячее и плотное состояние Вселенной в самые первые моменты ее существования.
Самый мощный в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер (БАК), регулярно создает эту так называемую кварк-глюонную плазму, сталкивая атомные ядра тяжелых элементов, таких как свинец, и порождая ливни частиц, называемые джетами, из которых и возникает этот горячий и плотный «суп». Это необходимо, поскольку в современной Вселенной кварки и глюоны, известные как «партоны», всегда находятся лишь в связанном состоянии, образуя такие частицы, как протоны и нейтроны. Чтобы высвободить партоны и создать горячий «суп», требуется энергия, сопоставимая с той, что выделяется при столкновении атомов на околосветовых скоростях.
Когда частицы пронизывают кварк-глюонную плазму, они теряют энергию и импульс, передавая их этой среде. Теоретически, это должно создавать в первозданном «супе» возмущения, подобные тем, что возникают за кормой лодки, рассекающей океан. Однако на протяжении двух десятилетий исследователям не удавалось зафиксировать этот так называемый «диффузионный след». Так было до настоящего момента.
«Наблюдение и количественная оценка диффузионного следа в кварк-глюонной плазме открывает путь к новой, прецизионной характеристике свойств и динамики этой плазмы и обещает дать новое понимание эволюции ранней Вселенной», — заявил руководитель группы Рагхунатх Прадхан из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC).
Новый подход в охоте за «кильватерными следами» частиц
Ранее поиск волновых сигналов основывался на анализе событий, где джет рождался одновременно с частицей, называемой Z-бозоном. Хотя этот метод и давал некоторые намеки на существование следов, сигналы оставались едва уловимыми и легко заглушались другими эффектами, связанными с джетами. Подобные наблюдения были недостаточно статистически значимыми, чтобы считаться подтвержденным открытием.
Чтобы выделить искомый сигнал, команда применила иной подход. Ученые использовали БАК для столкновений двух ядер свинца, чтобы создать событие с двумя направленными в противоположные стороны джетами (диджетное событие). Уникальная геометрия таких событий позволила легче отделить сигналы диффузионного следа от окружающего шума.
Измерения команды показали отчетливую нехватку частиц в направлении, противоположном движению джетов, что было особенно заметно при относительно низком импульсе. Именно это и ожидается в теории от диффузионного следа. Самые сильные сигналы были обнаружены в более централизованных столкновениях свинца, которые порождают больше кварк-глюонной плазмы.
«Это наблюдение — кульминация многолетних поисков, длившихся десятилетиями; теоретически это явление было предсказано более 20 лет назад, но оставалось неуловимым в экспериментальных данных», — отметила руководитель группы Ольга Евдокимова из UIC.
Понимание того, как энергичные частицы теряют свой импульс, проходя сквозь эту экстремальную среду, не только проливает свет на фундаментальные свойства сильного взаимодействия, но и помогает построить мост между физикой микромира и космологией. Анализируя форму и характеристики диффузионного следа, ученые теперь могут точнее определить вязкость и плотность кварк-глюонной плазмы — параметры, критически важные для моделирования первых микросекунд после Большого взрыва. В перспективе этот метод станет стандартным инструментом для томографии плазмы, позволяя исследовать ее не в целом, а послойно, выявляя тончайшие различия в поведении материи при экстремальных температурах.
Исследование команды было принято к публикации 25 июня в журнале Physical Review Letters.
Источники:
-
Официальный пресс-релиз ЦЕРН (CERN) о результатах эксперимента CMS.
-
Заявления исследовательской группы из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC), включая комментарии Р. Прадхана и О. Евдокимовой.
-
Публикация в журнале Physical Review Letters (принята к печати 25 июня 2024 года).
В нашем Telegram‑канале, вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Поделитесь:
Оставьте Комментарий