В поредица от нови експерименти учени от Европейската организация за ядрени изследвания (ЦЕРН) разбиха кислородни атоми в Големия адронен ускорител (LHC) и наблюдаваха загуба на енергия на партоните, или пряко затихване на джетовете, което го превръща в най-малката ядрена система, изследвана досега, която проявява тази характеристика и е от значение за разбирането на това, което се е случило в моментите след Големия взрив.

Въпреки че всички експерименти в LHC имат за цел да ни помогнат да разберем по-добре субатомните частици и как вероятно е възникнала Вселената, този експеримент всъщност не се е опитал да възпроизведе Големия взрив. По-скоро учените са искали да разберат какво се е случило в рамките на няколко микросекунди след Големия взрив, когато температурите са били твърде високи, за да се образуват протони и неутрони, а материята е съществувала под формата на плазма от кварки и глюони.

Тази кварк-глюонна плазма не е подобна на плазмата, използвана в реакциите на ядрен синтез, където положително заредените атоми и отрицателно заредените електрони се намират в подобие на „супа“. Вместо това плазмата е смесица от съставните части на адроните и ядрената сила, която ги свързва.

Изследване на затихването на джетовете

Предишни експерименти сочат, че една милионна от секундата след Големия взрив, въпреки че температурите са останали изключително високи, материята не се е държала като газ, а като течност с много ниска вискозитет. За да изследват кварк-глюонната плазма, учените от ЦЕРН са я генерирали чрез сблъсъци на тежки ядра, като например оловното. С ядро, съдържащо 208 протона и неутрона, учените успяха да създадат капчици плазма, а в резултат на бурните сблъсъци се изстрелва кварк или глюон с висока енергия.

Такива частици се наричат партони и макар че сами по себе си не достигат до детектора, когато напуснат кварк-глюонната плазма, те се фрагментират в тясна струя от обикновени частици или в джет. Това се нарича загуба на енергия на партоните или гасене на джета. Опитите за генериране на глюон-кваркова плазма чрез сблъсъци на протони показаха колективно поведение на частиците, но не и пряк признак за загуба на енергия.

Така през юли миналата година изследователите от ЦЕРН започнаха нова серия експерименти за генериране на плазма чрез сблъсъци между кислородни атоми и между неонни атоми.

Какво откри ALICE?

В резултатите, публикувани на сървър за препринти, изследователите от ЦЕРН търсеха отговор на въпроса дали сблъсъците между кислородни атоми, макар и малки, могат изобщо да създадат енергия, която да се наблюдава като струя.

Използвайки експеримента „ALICE“ (Large Ion Collider Experiment) – един от деветте детектора на LHC, изследователите измериха неутралните пиони, които посредничат ядрената сила вътре в атомното ядро, и установиха, че тяхното образуване е потиснато при сблъсъците между кислородни атоми, подобно на наблюдаваното при сблъсъците между оловни атоми.

Сравнявайки тези резултати със сблъсъците между кислород и протон от същия експериментален цикъл, използвани като контролна група, изследователите стигнаха до заключението, че при тези сблъсъци се наблюдава „гасене на струята“ или загуба на енергия на партоните. Макар това да са най-малките ядрени системи, при които са регистрирани тези ефекти, те не са непременно най-малките системи, при които някога е наблюдавана загуба на енергия на партоните, въпреки че при сблъсъците между протони тези ефекти не се проявиха.

Въз основа на предишната си работа изследователите от ЦЕРН бяха предположили, че кварките и глюоните се освобождават от ограниченията си при по-високи температури и плътности, което предполага, че материята вероятно би се държала като разреден газ. Тези измервания обаче показват също, че субатомните частици запазват силно колективно движение, което предполага, че те се държат по-скоро като почти съвършена течност.

Потокът на плазмата може също да послужи като допълнителен тест. Колективният поток би могъл да сочи загуба на енергия на партоните в системи, в които има твърде малко вещество, за да може да се измери затихването на джетовете. Допълнителни данни в тази област биха могли също да покажат непрекъснато развитие, при което и двата ефекта стават лесно измерими с нарастването на размера и броя на частиците.