Новости науки
Новый шаг в изучении кварк-глюонной плазмы
Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории (Брукхейвен, штат Нью-Йорк), Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Калифорнийского университета в Беркли и Университета Уэйн в Детройте изучили свойства кварк-глюонной плазмы – агрегатной формы материи, существовавшей в первые мгновения после Большого взрыва.
Напомним, что кварк-глюонная плазма представляет собой жидкость из кварков и глюонов, образующуюся при высокоэнергетических столкновениях тяжелых атомных ядер. В обычной материи кварки существуют только в связанном состоянии вследствие сильного ядерного взаимодействия, из-за чего образуются адроны, к которым относятся все барионы (в том числе нуклоны – протон и нейтрон) и мезоны. (Явление, благодаря которому чем дальше кварк пытается отдалиться от соседних кварков, тем сильнее между ними притяжение, носит название конфайнмент). Однако при экстремально высоких температурах кварки находятся в свободном состоянии. Подобно тому, как в обычной плазме происходит разделение зарядов (ионизация) изначально нейтральных атомов, в кварк-глюонной плазме происходит разделение цветовых зарядов кварков изначально бесцветной («белой») адронной материи.
Кварк-глюонная плазма имеет очень низкую вязкость, которая характеризует ее сопротивление течению. Для того, чтобы проследить за изменениями вязкости, ученые разработали новую модель. Она сочетает в себе динамику вязкой жидкости во всех трех пространственных измерениях с динамическими моделями начальной стадии столкновений на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Учет эволюции начального состояния позволил исследователям более точно описывать процессы при низких энергиях пучка, когда предположение о мгновенном столкновении недействительно. Для сбора статистики были использованы пять миллионов численно смоделированных событий.
Согласно полученным результатам, вязкость плазмы увеличивается с ростом чистой барионной плотности, то есть с увеличением относительного содержания барионов (частиц, состоящих из трех кварков) по сравнению с антибарионами – античастицами по отношению к барионам. Это согласуется с некоторыми теоретическими предсказаниями и позволяет лучше подогнать модели к экспериментальным данным столкновений ядер золота при разных энергиях.
Публикация в журнале «Physical Review Letters»
Установлено происхождение редкой частицы во Вселенной
Космологи из Йельского университета (Нью-Хейвен, США) и Университета Дьюка (Дарем, США) попытались определить, каким образом возникли частицы, называемые чармонием – образовались из «первоначального супа» материи во Вселенной или в ходе чуть более поздних реакций между первыми субатомными частицами.
Согласно современным представлениям, частицы во Вселенной могли возникать из кварк-глюонной плазмы, существовавшей в первые 0,000001 секунды Большого взрыва, либо в ходе более поздних реакций, когда кварки внутри расширяющейся горячей Вселенной начали объединяться во взаимодействующие между собой составные частицы.
Участники исследования проанализировали данные, полученные детектором ALICE Большого адронного коллайдера во время столкновений ядер свинца. При столкновении происходил распад протонов и нейтронов, в результате чего высвобождались D‑мезоны, которые, в свою очередь, сталкивались друг с другом. Этот процесс имитировал условия ранней Вселенной, температура которой была в 250 тысяч раз выше температуры ядра Солнца.
Известно, что D‑мезоны (легчайшая частица, содержащая очарованный кварк) в поздних реакциях могут образовывать редкую частицу чармоний (состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка). Исследование показало, что значительная часть чармониев – до 70% – образовалась в ходе более поздних реакций, а не из раннего кваркглюонного супа.