Ученые предлагают новый метод изучения эволюции материи в ранней Вселенной
Исследователи из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) предложили новый метод идентификации кварк-глюонной плазмы (КГП) — экзотического состояния материи, которое существовало в первые мгновения после Большого взрыва. Это исследование, опубликованное в журнале Physics Letters B, может значительно углубить понимание эволюции ранней Вселенной и свойств ядерной материи в экстремальных условиях.
Кварк-глюонная плазма представляет собой состояние, в котором кварки и глюоны, обычно «запертые» внутри протонов и нейтронов, становятся свободными. Хотя ученые уже научились создавать КГП в лабораториях, например, в столкновениях тяжелых ионов на ускорителях, точное определение момента её образования остается сложной задачей. Профессор Юн Гаочань и его коллеги предложили использовать соотношения выхода различных частиц, образующихся в таких столкновениях, в качестве своеобразных «отпечатков пальцев», указывающих на формирование КГП.
В ходе исследования ученые применили усовершенствованную многофазную транспортную модель для моделирования столкновений ионов кальция-40, кальция-48 и золота-197. Они анализировали образование четырех типов частиц: Λ-гиперонов, K⁺-мезонов, π-мезонов и протонов. Оказалось, что при переходе от более легких ионов (кальций-40) к более тяжелым (золото-197) наблюдаются аномальные изменения в соотношениях выхода этих частиц. Эти отклонения могут служить ключевым индикатором образования КГП.
Важным открытием стало то, что формирование КГП подавляет множественные адронные рассеяния, что приводит к снижению выхода частиц по сравнению с предсказаниями моделей, основанных только на адронных взаимодействиях. Напротив, в отсутствие КГП интенсивные адронные столкновения значительно увеличивают выход частиц. Для проверки гипотезы исследователи использовали альтернативную модель, которая подтвердила связь между аномальными выходами частиц и образованием кварковой материи.
Моделирование также показало, что перерассеяние партонов (кварков и глюонов) слабо влияет на выход частиц, тогда как адронные взаимодействия играют ключевую роль. Это позволяет использовать предложенный метод для более точного определения момента перехода ядерной материи в состояние КГП.
Профессор Юн Гаочань подчеркнул, что новый подход не только повышает точность детектирования КГП, но и открывает новые возможности для изучения фазовой диаграммы квантовой хромодинамики (КХД). Это важно для понимания свойств ядерной материи при экстремально высоких плотностях, а также для реконструкции процессов, происходивших в ранней Вселенной.
Таким образом, исследование китайских ученых представляет собой значительный шаг вперед в физике высоких энергий, предлагая более надежный инструмент для изучения кварк-глюонной плазмы и ее роли в эволюции Вселенной.