На Большом адронном коллайдере получены мельчайшие капли жидкости

"Большой адронный коллайдер – штука столь сложная, что иногда открытия на нём происходят неожиданно", – шутят учёные. Пытаясь понять, как вела себя материя непосредственно после Большого взрыва, физики смогли обнаружить мельчайшие капли жидкости, когда-либо наблюдаемые человеком.

Понятно, что речь идёт не о жидкости в привычном понимании этого слова, а о кварк-глюонной плазме, поведение которой, как недавно выяснилось, близко к идеальной жидкости. Вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения после Большого взрыва.

Учёные считают, что горячая и сверхплотная кварк-глюонная плазма неоднородна: от её разогретого центра к более холодным краям движутся так называемые капли, которые способны удерживать частицы, несмотря на общее расширение и охлаждение. Именно эту модель, называемую "коллективным потоком", исследователи использовали в сентябре 2012 года для объяснения так называемого "эффекта гребня" (ridge-effect), когда сталкивали между собой атомы свинца и протоны на скоростях близких к скорости света. Назвали его так из-за наблюдаемых на графиках с данными структур, похожих на гребни.

"Эффект гребня", более понятный физикам, чем обывателям, далёким от сложных графиков и бесконечных расчётов, указывает на синхронность, связанность траекторий движения заряженных частиц, разлетающихся после столкновения.

Ранее физики сталкивали между собой ядра свинца (а также направляли в коллайдер ядра золота). Каково же было их удивление, когда они получили тот же эффект при столкновении ядер свинца и протонов!

Протон в 208 раз легче ядра свинца, но учёные подсчитали, что в 5% столкновений фиксируется явление "коллективного потока".

"Протон-свинцовые столкновения можно сравнить со стрельбой пулями по яблоку, а свинец-свинцовые − со столкновением двух яблок. Понятно, что больше энергии будет выделяться во втором случае", – говорит физик Юлия Велковска (Julia Velkovska) из университета Вандербильта.

Таким образом, считалось, что протон-свинцовые столкновения не могут вызвать наблюдаемый эффект. Более того, полученные данные могли быть результатом вмешательства другого явления. Поэтому уже в феврале 2013 года учёные повторили эксперимент. После изучения миллиардов физических событий специалисты смогли выявить сотни случаев образования не менее трёх сотен частиц, подчиняющихся правилу "коллективного потока".

Учёные отмечают, что полученные короткоживущие "капли" состоят из трёх-пяти протонов. Для сравнения: такая капля в 100 тысяч раз меньше атома водорода или в 100 миллионов раз меньше самого крошечного вируса.

"С этим открытием, мы, вероятно, приблизимся к пониманию явления "коллективного потока", – замечает профессор Велковска. А вместе с этим учёным будет легче разобраться в свойствах кварк-глюонной плазмы.

Подробнее с результатами экспериментов можно ознакомиться в препринте статьи на сайте arXiv.org. Публикация позднее появится в журнале Physical Review D.

Миллиарды лет после Большого взрыва Вселенная расширялась и охлаждалась, поэтому учёные продолжают моделировать и изучать поведение материи и энергии при помощи БАК, приближая человечество к пониманию величайшей тайны – возникновения мироздания.