Взгляд изнутри на Большой адронный коллайдер. Авторы и права: CERN / LHC.
Часто говорят, что в первые моменты своего существования Вселенная находилась в горячем и плотном состоянии. Хотя это достаточно точное описание, оно также и довольно расплывчато. Что именно было горячим и плотным и в каком состоянии? Ответ на этот вопрос требует как сложного теоретического моделирования, так и экспериментов с высокими энергиями в физике элементарных частиц. Но, как показывает недавнее исследование, мы многому учимся.
Согласно физике элементарных частиц и стандартной космологической модели, материя появилась в пределах первой микросекунды жизни Вселенной. Считается, что это начальное вещество представляет собой плотный суп из кварков, взаимодействующих между собой в море глюонов. Это состояние вещества известно как кварк-глюонная плазма (КГП). Поведение КГП регулируется сильной силой в соответствии с законами квантовой хромодинамики (КХД). Хотя мы относительно хорошо понимаем КХД, математика теории настолько сложна, что её очень трудно рассчитывать. Даже с помощью суперкомпьютеров трудно вычислить состояние плотных кварк-глюонных взаимодействий.
Альтернативой является использование Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе. Столкните частицы почти со скоростью света, и вы сможете на короткое время создать кварк-глюонный суп. Сотрудничество ALICE изучило эти типы столкновений, чтобы понять не только состояние КГП, но и то, как плазма превращается в адроны. Два наиболее распространённых типа адронов – это протоны и нейтроны, которые составляют ядра атомов.
Одно из удивительных открытий данного исследования состоит в том, что кварк-глюонная плазма не ведёт себя как плотный газ, или как другая плазма. Вместо этого КГП больше похожа на плотную жидкость, например, воду. В результате её общая плотность более однородна. Это тонкое различие, но оно может содержать ключи к пониманию критического сдвига, который, вероятно, произошёл в ранней Вселенной.
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.
В стандартной космологической модели ранняя Вселенная претерпела резкое изменение фазы, чтобы превратиться во Вселенную, которую мы видим сегодня. До периода КГП у Вселенной был период экспоненциального расширения. Почти мгновенно наблюдаемая Вселенная расширилась в 1026 раз и остыла в 100 000 раз. Это расширение и переохлаждение открыли период КГП, поэтому понимание его поведения поможет учёным изучить этот переходный период.
Ещё многое предстоит узнать о ранней Вселенной. Подобные исследования, проведённые в сотрудничестве с ALICE, очень важны для нашего понимания. Они раздвигают границы физики высоких энергий и продолжают опровергать наши ожидания.
Источник: universetoday.ru
