Учёные CERN обнаружили признаки того, что кварки создают волны, проходя сквозь кварк-глюонную плазму, подобно ряби на воде, что подтверждает жидкостные свойства этой экстремальной формы материи.

Физики воссоздают кварк-глюонную плазму (КГП) — состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва — на Большом адронном коллайдере (БАК) в CERN, сталкивая тяжёлые ионы почти со скоростью света. КГП существовала всего несколько миллионных долей секунды и представляла собой «суп» из кварков и глюонов при температуре в триллионы градусов Цельсия. Анализируя результаты столкновений, учёные стремятся понять свойства этой «первичной материи».

Группа физиков из MIT, работающая в CERN, разработала новый метод анализа данных, позволивший впервые напрямую увидеть, как отдельные кварки взаимодействуют с КГП. Они обнаружили признаки волновых эффектов, возникающих при движении кварка сквозь плазму, что является прямым доказательством её жидкостного поведения.

Ранее считалось, что КГП должна реагировать на пролетающие частицы как единая жидкость, а не как случайный набор отдельных частиц. Новое исследование подтверждает эту гипотезу.

«Долгое время шли дебаты о том, должна ли плазма реагировать на кварк. Теперь мы видим, что плазма невероятно плотная, способна замедлять кварки и производить всплески и завихрения, как жидкость. Так что кварк-глюонная плазма действительно является первозданным супом», — говорит профессор физики Йен-Джи Ли из MIT.

Для обнаружения этих эффектов, авторы работы проанализировали данные, полученные с помощью детектора CMS (Compact Muon Solenoid) на БАК. CMS — один из двух крупных универсальных детекторов, предназначенный для изучения широкого спектра физических явлений, возникающих при столкновениях частиц. Физики искали события, в которых одновременно рождаются кварк и Z-бозон. Z-бозон — нейтральная элементарная частица, которая практически не взаимодействует с окружающей средой и легко детектируется.

При столкновении ионов свинца учёные отбирали события, в которых рождался Z-бозон и один кварк, летящие в противоположных направлениях. В отличие от кварка, Z-бозон не взаимодействует с плазмой, что позволяет выделить «след», оставленный кварком. Проанализировав около 2000 таких событий из 13 миллиардов столкновений, учёные обнаружили характерные волновые картины, соответствующие предсказаниям теоретической модели.

Результаты исследования открывают новые возможности для изучения свойств КГП. Измеряя характеристики волновых эффектов, учёные получат более точное представление о том, как вела себя эта экзотическая форма материи в первые мгновения существования Вселенной.