Физики создают капли кварк-глюонной плазмы

Физики из PHENIX Collaboration создали капли жидкого состояния вещества, называемого кварк-глюонной плазмой, которые образуют три фигуры различной формы и размера — круги, эллипсы и треугольники.

Ученые считают, что кварк-глюонная плазма заполнила всю Вселенную в течение первых нескольких микросекунд после Большого взрыва, когда Вселенная была еще слишком горячей, чтобы частицы могли объединиться и образовать атомы.

Команда исследователей PHENIX использовала релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, чтобы воссоздать этот процесс. В серии испытаний физики сталкивали частицы в различных комбинациях (одиночные протоны, двухчастичные дейтроны и трехчастичные ядра гелия-3) с гораздо более крупными ядрами золота.

«RHIC — единственный ускоритель в мире, где мы можем провести такой строго контролируемый эксперимент, сталкивая частицы, состоящие из одного, двух и трех компонентов, с одним и тем же тяжелым ядром, золотом, и с одной и той же энергией», — сказал профессор команды PHENIX Джейми Нэгл, исследователь из Университета Колорадо.

Ученые обнаружили, что, тщательно контролируя условия, они могут генерировать капли кварк-глюонной плазмы, которые расширяются, образуя три различных геометрических паттерна.

«Представьте, что у вас есть две капли, которые растут в вакууме», — сказал профессор Нэгл. «Если две капли действительно близко друг к другу, то, когда они расширяются, они сталкиваются друг с другом и соединяются друг с другом, и именно это создает паттерн».

«Другими словами, если вы бросите два камня в пруд близко друг к другу, рябь от этих ударов будет перетекать друг в друга, образуя рисунок, напоминающий эллипс». «То же самое может быть правдой, если вы разбили протон-нейтронную пару, называемую дейтроном, в нечто большее». «Аналогично, протон-протон-нейтронное трио, также известное как атом гелия-3, может расшириться во что-то похожее на треугольник».

И это именно то, что обнаружили исследователи PHENIX: столкновения дейтронов образовали кратковременные эллипсы, атомы гелия-3 образовали треугольники, а одиночный протон взорвался в форме круга.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, могут помочь теоретикам лучше понять, как исходная кварк-глюонная плазма Вселенной охлаждалась в течение миллисекунд, рождая первые из существующих атомов.

C. Aidala et al (PHENIX Collaboration). Creation of quark–gluon plasma droplets with three distinct geometries. Nature Physics, published online December 10, 2018; doi: 10.1038/s41567-018-0360-0