Исследование раскрывает подробности того, что произошло в первую микросекунду Большого взрыва
Кварк-глюонная плазма присутствовала в первые 0,000001 секунды Большого взрыва, а затем исчезла из-за расширения
Ученые из Копенгагенского университета изучили, что случилось с кварк-глюонной плазмой — первой материей из когда-либо существовавших — во время первой микросекунды Большого взрыва. Их открытие представляют собой часть головоломки эволюции Вселенной, какой мы ее знаем сегодня.
Около 14 миллиардов лет назад наша Вселенная превратилась из более горячей и плотной в радикальное расширение — процесс, который ученые назвали Большим взрывом.
И хотя мы знаем, что это быстрое расширение создало частицы, атомы, звезды, галактики и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, подробности того, как все это произошло, все еще неизвестны.
Новое исследование, проведенное учеными из Копенгагенского университета, раскрывает понимание того, с чего все началось.
«Мы изучили субстанцию под названием кварк-глюонная плазма, которая была единственной материей, существовавшей в течение первой микросекунды Большого взрыва. Наши результаты рассказывают нам уникальную историю того, как плазма развивалась на самой ранней стадии Вселенной», — объясняет Ю Чжоу, доцент Института Нильса Бора Копенгагенского университета.
«Сначала плазма, состоящая из кварков и глюонов, была разделена горячим расширением Вселенной. Затем части кварков преобразовались в так называемые адроны. Адрон с тремя кварками образует протон, который является частью атомных ядер. Эти ядра — строительные блоки, из которых состоит Земля, мы и окружающая нас Вселенная», — добавляет он.
Кварк-глюонная плазма присутствовала в первые 0,000001 секунды Большого взрыва, а затем исчезла из-за расширения. Но с помощью Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе исследователи смогли воссоздать ее и проследить, что с ней произошло.
Коллайдер разбивает ионы из плазмы с огромной скоростью — почти со скоростью света. Это позволяет ученым увидеть, как кварк-глюонная плазма превратилась из собственной материи в ядра атомов и строительные блоки жизни.
Помимо использования Большого адронного коллайдера, исследователи также разработали алгоритм, который способен одновременно анализировать коллективное расширение большего количества произведенных частиц, чем когда-либо прежде. Их результаты показывают, что кварк-глюонная плазма раньше была текучей жидкой формой и что она отличается от других тем, что постоянно меняет свою форму с течением времени.
«В течение долгого времени исследователи думали, что плазма представляет собой форму газа, но наш анализ подтверждает последнее важное измерение, когда адронный коллайдер показал, что кварк-глюонная плазма работает плавно и имеет гладкую мягкую текстуру, как вода. Со временем плазма изменила свою форму, что довольно удивительно и отличается от любого другого вещества, которое мы знаем и чего мы ожидали», — говорит Ю Чжоу.
На шаг ближе к правде о Большом взрыве
«Даже если это может показаться мелочью, она приближает нас на один шаг к решению загадки Большого взрыва и того, как Вселенная развивалась за первую микросекунду», — поясняет он.
«Каждое открытие — это кирпичик, который увеличивает наши шансы узнать правду о Большом взрыве. Нам потребовалось около 20 лет, чтобы выяснить, что кварк-глюонная плазма была плавной, прежде чем превратилась в адроны и строительные блоки жизни. Поэтому наши новые знания о постоянно меняющемся поведении плазмы — это большой прорыв для нас», — заключает Ю Чжоу.
Исследование было опубликовано в журнале Physics Letters B.