На Большом адронном коллайдере впервые воспроизвели условия вскоре после Большого взрыва

Большой адронный коллайдер (БАК) на границе Швейцарии и Франции даёт возможность глубже всего в мире заглянуть внутрь материи. Энергия БАК позволяет сталкивать частицы друг с другом, разбивая их на более мелкие составляющие, из которых состоят атомы и их ядра. В какой-то мере это позволяет воспроизвести условия вскоре после Большого взрыва, но уже на этапе существования протонов, которые сталкивают на БАК. Новый эксперимент позволил заглянуть ещё глубже.

Через ничтожные доли секунды после Большого взрыва в нашей Вселенной возникла кварк-глюонная плазма, которая в виде «супа» из субатомных частиц и их взаимодействий находилась в таком состоянии 10–20 мкс, после чего остыла и начала образовывать те же протоны и обычную материю. Энергии БАК недостаточно для создания полноценной кварк-глюонной плазмы, но её зачатки он позволяет создавать, особенно после повышения яркости (очередной модернизации). Однако для этого нужно сталкивать не протоны, а атомы вещества — в них есть из чего «сварить кварковый суп».

В качестве отступления отметим, что прорыв в воспроизведении кварк-глюонной плазмы случится, скорее всего, на новейшем российском коллайдере NICA, приступившем к экспериментам в 2025 году. Этот коллайдер сталкивает ионы — заряженные атомы, поскольку специально создан для изучения данного состояния вещества и воспроизведения первых мгновений после Большого взрыва.

В экспериментах на БАК учёные дошли до столкновений протонов с атомами свинца и, наконец, для детектора ALICE провели эксперимент по столкновению атомов железа. Первые признаки возникновения кварк-глюонной плазмы были выявлены ещё в экспериментах по столкновению протонов с атомами свинца, хотя энергии этих столкновений были откровенно малы для получения полноценного набора данных.

Ключевым открытием при постановке эксперимента по столкновению атомов железа стало наблюдение анизотропного потока — направленного (предпочтительного) вылета частиц из зоны столкновения. Учёные установили, что барионы (частицы из трёх кварков) демонстрируют более сильный поток, чем мезоны (частицы из двух кварков). Исследователи объяснили этот феномен большей текучестью «супа» в случае частиц, состоящих из трёх кварков, — их там банально больше.

Наконец, эксперимент показал, что кварк-глюонная плазма способна возникать при столкновениях с меньшей энергией, что ранее было под вопросом. Возможно, это не создаст полноценную картину того, что было сразу после Большого взрыва в сходных условиях среды, но однозначно позволит выявить закономерности и лучше представить, что произошло через миг после того, как родилась наша Вселенная.