На что была похожа материя через мгновения после Большого взрыва? Возможно, ответ можно найти в частицах, получаемых на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) при столкновении малых частиц на самых низких энергиях. Исследование опубликовано в журнале Physical Review C.
Ученые обнаружили, что частицам присуще поведение, связанное с образованием кварк-глюонного супа — кирпичиков практически всей видимой материи. Согласно результатам эксперимента PHENIX, проведенного на RHIC, эти маломасштабные столкновения могут производить малые недолговечные частицы материи, имитирующие раннюю Вселенную. Частички помогают понять свойства материи, образовавшейся почти 14 миллиардов лет назад — буквально сразу после Большого взрыва.
Физики построили RHIC для создания и изучения кварк-глюонной плазмы. Однако изначально они ожидали увидеть ее признаки только в высокоэнергетических столкновениях двух тяжелых ионов — например, золота. Новое открытие показывает, что кварк-глюонная плазма также может быть создана при столкновении тяжелого иона с меньшим ионом. Эксперименты помогут ученым понять, какие условия необходимы для создания этой удивительной формы материи.
Сравнение высокоэнергетических и низкоэнергетических столкновения дейтронов с атомами золота / © US Department of Energy
В вышеупомянутых столкновениях на RHIC большинство частиц возникают у их «экватора», а не перпендикулярно их направлению. Ученые считают, что эллиптическая форма потока связана со взаимодействием частиц с практически «идеальной» — свободно текущей — жидкоподобной кварк-глюонной плазмой, появляющейся во время столкновений. В новых экспериментах используются более низкие энергии и столкновения намного меньших дейтронов (состоящих из одного протона и одного нейтрона) с золотыми ядрами: тем самым можно понять, как это идеальное жидкое поведение проявляется при других условиях, а именно — на четырех разных энергетических уровнях столкновений. Соотношения образования частиц в результате этих дейтрон-золотых столкновений, даже на самых низких энергиях, совпали с тем, что ученые наблюдали при столкновении крупных ионов на более высоких энергиях.
Эти результаты поддерживают идею о том, что кварк-глюонная плазма существует в этих малых системах, но существуют и другие возможные объяснения. Одно из них — присутствие иной формы материи, известной как конденсат цветового стекла, в котором, как считается, преобладают глюоны. Чтобы разобраться в этом, ученые из RHIC проведут дополнительные анализы и сравнят результаты своих экспериментов с более детальными описаниями как кварк-глюонной плазмы, так и конденсата цветового стекла.
