Яким був Всесвіт до появи перших зір, планет та навіть простих атомів? Протягом першої мільйонної частки секунди після Великого вибуху весь космос заповнювала кварк-глюонна плазма — надгарячий «бульйон», у якому кварки та глюони вільно рухалися, ще не об’єднавшись у протони й нейтрони.
Дослідники з Інституту Нільса Бора при Копенгагенському університеті у складі міжнародної колаборації ALICE у ЦЕРН (Швейцарія) зробили важливий крок у вивченні цього стану. Раніше вважалося, що для відтворення первинної матерії потрібні зіткнення надважких атомних ядер, таких як свинець. Однак фізики довели, що екстремальний стан можна згенерувати за допомогою значно менших ядер — кисню-16 та неону-20. Це відкриття суттєво розширило уявлення про фундаментальні умови, необхідні для виникнення первинного стану матерії.
Геометрична «тінь» атомних ядер
Під час зіткнення ядер на швидкостях, близьких до швидкості світла, виникає крихітна крапля плазми. Вона існує лише частку секунди, після чого розширюється й розпадається на потік нових частинок. Оскільки спостерігати саму плазму напряму неможливо, вчені аналізують траєкторії та характеристики розльоту цих частинок.
З’ясувалося, що схема руху частинок точно відображає початкову форму ядер, які зіштовхнулися. Зіткнення сферичних ядер кисню дає відносно круглий слід, тоді як ядра неону, що мають витягнуту форму, залишають контур, схожий на кеглю для боулінгу. Науковці порівнюють цей ефект із тінню від предмета: не бачачи сам об’єкт, за його тінню можна точно встановити його геометрію.
Новий погляд на сильну взаємодію
Понад 70 років фізики досліджували форму та внутрішню будову ядер за допомогою низькоенергетичних експериментів, вимірюючи їхні обертання та коливання. Новий підхід пропонує протилежну стратегію: зіштовхувати ядра з максимально можливою енергією та відновлювати їхній внутрішній устрій за залишеними відбитками.
Цей метод може стати новим проривом у ядерній фізиці. Точне розуміння форми ядра розкриває особливості розташування протонів і нейтронів, що допомагає глибше збагнути сильну взаємодію — одну з чотирьох фундаментальних сил природи.
Наразі дослідники планують з’ясувати, наскільки малими можуть бути ядра для створення плазми. Наступні експерименти передбачають використання ще легших елементів, зокрема гелію-4, що дозволить одночасно вивчати як мікроструктуру атомів, так і перші миті існування Всесвіту.
Раніше ми намагалися зазирнути в період до Великого вибуху.
За матеріалами news.ku.dk
