В първите мигове след Големия взрив Вселената е била изпълнена с „бульон“ от кварки и глюони — фундаментални частици, от които днес се състоят протоните и неутроните. Тази свръхплътна и свръхгореща кварк-глюонна плазма веднага се е охладила. Физиците отдавна се научиха да я възпроизвеждат при сблъсъци на тежки оловни йони. Сега и четирите основни експеримента на Големия адронен колайдер — ALICE, ATLAS, CMS и LHCb — представиха нови доказателства, че сблъсъците на относително леките ядра на кислород и неон също могат да породят това вещество.
Дълго време се смяташе, че кварк-глюонната плазма (КГП) може да се образува само при сблъсъци на много тежки йони, например на оловото, което е над 200 пъти по-тежко от протона. Сблъсъците с олово генерират необходимите температура и налягане. В началото на тази година обаче колаборацията ALICE в ЦЕРН откри признаци на плазма при сблъсъци между протони и протони, както и между протони и олово. А преди година и четирите експеримента за първи път забелязаха признаци на КГП при сблъсъци между кислородни ядра.
Наскоро проведен още по-задълбочен анализ потвърди няколко сигнала, характерни за КГП, при сблъсъци между кислородни атоми и между неонови атоми.
Един от най-важните признаци на КГП е загубата на енергия от бързите кварки и глюони при преминаването им през плътна плазма, така нареченото „забавяне на партоните“, пише Scitech Daily. Колаборацията ATLAS откри този ефект чрез дисбаланса между двойките струи от частици, възникващи при сблъсъците. При челните сблъсъци дисбалансът беше по-силен, което съответства на по-голям обем плазма. CMS и LHCb измериха потискането на излъчването на заредени частици — при кислород-кислородните и неон-неоновите сблъсъци се образуваха по-малко от тях, отколкото при протон-протонните, което също сочи към загуба на енергия в плазмата. LHCb допълнително установи, че потискането е по-силно при сблъсъците между неонни частици — което е очаквано, тъй като неонът е по-тежък от кислорода и създава повече плазма.
Анизотропният поток
ALICE анализира посоката на движение на частиците и откри така наречения анизотропен поток: барионите (частици, състоящи се от три кварка) излитаха по-насочено, отколкото мезоните, състоящи се от два кварка. Възможно е това да се дължи на факта, че КГП предава колективното движение на частиците, а барионите, съдържащи с един кварк повече, получават по-голям дял от този поток. Това е един от най-ярките сигнали, които недвусмислено сочат образуването на плазма.
ATLAS, CMS и LHCb също проучиха разпадането на краткоживеещите частици — епсилон-мезони, съдържащи „чаровни“ кварки и антикварки. В КГП по-слабо свързаните състояния се разпадат по-бързо от по-силно свързаните, и тази закономерност беше потвърдена. ALICE, CMS и LHCb представиха съгласувани резултати, които в своята съвкупност създават убедителна картина.
Успоредно с това се извършва модернизация на големия адронен колайдър — след пускането в експлоатация на обновлението High-Luminosity LHC (HL-LHC) интензивността на сблъсъците ще се увеличи многократно, което ще позволи да се изследва кварк-глюонната плазма с безпрецедентна подробност. А това означава, че учените ще могат по-добре да разберат как е устроена материята в най-фундаменталното, „доадронно“ състояние, в което е била миг след раждането на Вселената.