Вчені щойно спостерігали це. Якщо бути точніше, вони зафіксували відсутність чогось, що є доказом існування явища з перших секунд після Великого вибуху.
На це пішло два десятиліття зіткнень ядер свинцю на швидкостях, близьких до світлової. Але Великий адронний колайдер (БАК) нарешті створив «дифузійний слід» усередині кварк-глюонної плазми, який фізики передбачили понад 20 років тому. Це крихітна бриж у космічному супі. Слід, що залишається за частинками, що мчать крізь ранній стан Всесвіту.
Чому ми раніше не бачили дифузійний слід
Ось у чому проблема фізики високих енергій: сигнал слабкий, а шум приголомшливий.
Двадцять років тому команди дослідників шукали ці сліди, використовуючи Z-бозони. Вони зіштовхували атоми, шукали струменя частинок поруч із Z-бозонами і сподівалися побачити хоч натяк на обурення у плазмі. Ознаки були, але дуже віддалені. Їх затирали інші ефекти, пов’язані зі струменями, маскуючи тонкі хвильові сигнали. Дані були досить чистими. Не можна оголосити відкриття, якщо статистично неможливо відокремити його від фонового шуму.
На якийсь час це здавалося неможливим.
Дослідники з університету Чикаго Іллінойсу (UIC) змінили стратегію. Вони припинили гнатися за Z-бозонами для цього конкретного тесту. Натомість вони використовували ВАК для створення подій з «диструменями» (dijets). Два струмені. Спрямовані у протилежні сторони. Як подвійні кулі, випущені у різні боки із центру зіткнення.
Ця конфігурація має вирішальне значення. Симетрія дозволяє вченим відсіяти шум.
Що таке кварк-глюонна плазма?
Ви не знайдете поодинокий кварк чи глюон на своїй кухні. Або на Місяці. У Всесвіті сьогодні вони замкнені всередині протонів і нейтронів, міцно зв’язуючись у частинки більшого розміру, які називаються адронами.
Щоб звільнити їх, потрібна неймовірно висока енергія.
ВАК зіштовхує ядра свинцю один з одним. Зіткнення нагріває речовину до трильйонів градусів. Воно розплавляє протони. В результаті виходить кварк-глюонна плазма. Це той самий «суп», з якого складався ранній Всесвіт через мікросекунди після Великого вибуху. Гарячий. Щільний. Властивості рідини.
Коли частинки рухаються через цю рідину, вони не просто пролітають повз. Вони взаємодіють. Вони втрачають імпульс. Вони розсувають плазму, подібно до човна, що розрізає океан. Фізика передбачає наявність сліду. Дифузійний слід.
Знак, що доказав реальність явища
Новий вимір простий, але витончений. Група дослідників вивчила область за напрямом руху струменів.
Порожній простір. Або майже порожнє.
Вони виявили явний дефіцит частинок у зоні сліду, особливо за низьких імпульсів. Цей недолік часток є характеристикою сліду. Він ідеально збігається із теорією.
«Це спостереження – кульмінація десятиліття-long quests», – каже Ольга ЄВДОКИМОВА, керівник групи у UIC.
Насправді, як вона зазначає, минуло вже понад двадцять років. Явище було передбачено два десятиліття тому. Воно залишалося невловимим, поки новий підхід не зробив сигнал голосніше за фоновий хаос.
Ефект був найбільш виражений у центральних зіткненнях свинцю зі свинцем. Ці зіткнення створюють найщільніші краплі кварк-глюонної плазми Землі. Більше плазми означає більше тертя для струменів. Більше тертя — більший і помітніший слід.
Чому це важливо для космології
Рагхунатх Прадан, інший керівник з UIC, назвав цей результат таким, що «відчиняє двері». Точна характеристика. Ось що ми тепер можемо робити.
Розуміння того, як частки втрачають енергію у цій плазмі, допомагає нам моделювати ранній Всесвіт. Ми можемо симулювати щільність і потік космосу відразу після народження з більшою точністю. Це перетворює теоретичні припущення на вимірну динаміку.
Ми картографуємо тертя Великого вибуху.
І це було простим пошуком даних. Це вимагало відкинути старий метод і зробити ставку на геометрію діструменів. Ризик, що окупився.
І куди рухатись далі? Швидше за все, до інших зіткнень. До інших типів партонів. ВАК продовжує обертатися. Плазма продовжує кипіти.
Ми нарешті отримали чіткий погляд на брижі. Тепер нам доведеться зрозуміти сам океан.
