Физици пресъздадоха вещество от първите микросекунди след Големия взрив и проследиха еволюцията му в реално време

В колайдера на ЦЕРН се сблъскват оловни ядра, ускорени едно към друго почти до скоростта на светлината. При тези екстремни условия се сблъскват не само самите ядра, но и съставящите ги кварки и глуони – частици, взаимодействащи си чрез силното взаимодействие. Резултатът е огромен брой нови частици – около 100 пъти повече, отколкото са били първоначално.

Всички тези десетки хиляди частици (около 30 000) не летят наоколо сами по себе си. Те мигновено образуват нещо много по-сложно: течност, съставена от елементарни капчици с размери от порядъка на 10^14 метра, в която индивидуалността на всяка частица изчезва. Поведението на тази субатомна течност се описва само с помощта на няколко параметъра – например температурата, която достига невероятните 2,5 трилиона градуса и скоростта на потока.

През 2024 година теоретици от Института по теоретична физика CEA в Париж-Саклай предлагат нов начин за изучаване на тези колективни ефекти. Същността на метода се състои в проследяване на малки промени в температурата, от сблъсък до сблъсък. Температурата се различава леко от събитие до събитие (с части от процента), но остава еднаква във всички посоки в рамките на един сблъсък. Това означава, че независимо от ъгъла, под който частиците излитат, те идват от среда с една и съща температура.

Тази хипотеза беше проверена от колаборациите ATLAS и ALICE – два от четирите най-големи научни екипа, работещи с данни от LHC. Техните измервания потвърдиха, че температурата наистина е еднаква във всички посоки и няма зависимост от ъгъла. Това предполага, че частиците „изскачат“ от хомогенна гореща среда, подобно на мехурчета във вряща вода.

Освен това учените анализираха как спектърът на частиците – т.е. вероятността частиците да излетят с различни скорости – се променя при леко повишаване на температурата. Както се предвижда от динамиката на флуидите, при по-високи температури има по-малко бавни частици и повече бързи частици.

При всички частици, с изключение на най-бързите, резултатите съвпадат точно с теоретичните изчисления. Според изследователите тези свръхенергийни частици напускат зоната на сблъсък, преди течността да е имала време да се образува, и следователно изпадат от общата картина.

Резултатите от работата бяха представени на конференцията Quark Matter 2025 във Франкфурт, където се събраха около 1000 учени. Предварителните публикации са достъпни на сървъра за предпечатни публикации arXiv.