Цюань Ван (Quan Wang) совместно с коллегами из Канзасского университета показал, что физикам, работающим на Большом адронном коллайдере, удалось создать кварк-глюонную плазму настолько малыми каплями, что их существование раньше считалось просто невозможным. Открытие способно во многом прояснить понимание событий, происходивших во Вселенной сразу после Большого взрыва, когда вся она была наполнена такой плазмой.

Если взять атомное ядро и нагреть его до пары триллионов градусов (или, как говорят физики, довести его энергию до 175 миллиэлектронвольт), то оно превратится в кварк-глюонную плазму. Это особое состояние вещества, в котором отдельных протонов и нейтронов уже нет, а есть лишь смесь из их составных элементов, кварков и глюонов (частиц, отвечающих за взаимодействие между кварками). В таком виде вся материя Вселенной пребывала в первую стомиллиардную долю секунды после Большого взрыва, и лишь после остывания этой плазмы до температур ниже триллионов градусов из нее начали образовываться протоны и электроны, складывающие обычную материю.

Разумеется, создать температуры выше двух триллионов градусов в лаборатории очень сложно, и пока это удается лишь на миллиардные доли секунды – столкнув два тяжелых ядра (например, атома свинца), предварительно разогнав их на ускорителе. В теории одно из ядер атомов свинца можно заменить на другую частицу, поменьше, например на протон, самый легкий тип ''кирпичиков'', из которых сложено ядро атома. Однако ранее считалось, что, хотя нужная энергия у частиц при этом и возникнет, общее количество кварков и глюонов в получающемся облачке будет слишком малым, чтобы создать такую кварк-глюонную плазму, – иначе говоря, их не хватит даже для образования одной капли такого вещества.

Дело здесь в том, что протон просто слишком мал, чтобы, столкнувшись с ядром атома, ''рассыпать'' все составляющие последнего на субатомные частицы. Поэтому столкновение ядра атома свинца с другим таким же ядром порождает до 25000 субатомных частиц, в то время как столкновение протона и ядра атома свинца – лишь 1000 субатомных частиц.

Тем не менее в 2013 году в опытах на Большом адронном коллайдере были обнаружены следы того, что иногда такой ''облегченный'' тип столкновений приводит к появлению чего-то, ведущего себя как жидкость, а по свойствам близкого к кварк-глюонной плазме. Иными словами, частицы взаимодействовали между собой так же тесно, как молекулы в жидкости, настолько тесно, что в подобных каплях даже регистрировали что-то вроде крошечных волн.

Теперь группа физиков во главе с Цюань Ваном из Канзасского университета провела расчеты того, как именно в разных условиях может закончиться столкновение протона с ядром атома свинца. И выяснила, что теоретически такие столкновения действительно могут вести к возникновению кварк-глюонной плазмы – даже несмотря на то, что капля вещества в этом состоянии в 25 раз меньше тех, что считалось возможным создать ранее.

Новое открытие означает, что капли подобной плазмы в ранней Вселенной могли иметь существенно меньшие размеры, чем считалось ранее. В теории даже небольшие вариации в начальных фазах эволюции Вселенной могли вызвать существенные сдвиги в ее развитии. Меньший размер капель означает большую скорость их остывания – то есть более раннее окончание кварк-глюонной фазы существования материи и соответствующее ускорение общего развития ранней Вселенной.

Стоит отметить, в последние годы астрономы не раз обращали внимание на тот факт, что наблюдаемые человечеством области ранней Вселенной уже в первый миллиард лет после Большого взрыва демонстрируют сложившиеся галактики и звезды, во многом близкие к существующим сегодня, – до нового открытия это считалось невозможным. Этот неожиданный результат может означать, что какие-то механизмы эволюции древней Вселенной способствовали ее чрезвычайно быстрому развитию сразу после Большого взрыва. Вполне возможно, что дальнейшее улучшение нашего понимания особенностей ранних форм существования материи – в том числе и кварк-глюонной плазмы – способно объяснить феномен столь стремительной эволюции.

Чехол-аккумулятор

Детские смарт-часы