Ілюстрація кварка, що проноситься крізь кварк-глюонну плазму, яка заповнила Всесвіт у перші мілісекунди після Великого вибуху (Фото: Хосе-Луїс Оліварес, Массачусетський технологічний інститут) Міжнародна група фізиків у межах колаборації CMS на Великому адронному колайдері (БАК) досягла історичного прориву у вивченні еволюції Всесвіту. Шляхом відтворення умов, що існували в першу мілісекунду після Великого вибуху, вчені виявили, що первинна матерія поводилася не як газ, а як надзвичайно гаряча та в’язка рідина. Результати дослідження, опубліковані в журналі Physics Letters B, стали можливими завдяки фіксації унікального сліду, який високоенергетичний кварк залишає в ядерній матерії. Під час зіткнення важких атомних ядер на швидкостях, наближених до швидкості світла, матерія на мить переходить в екзотичний стан — кварк-глюонну плазму. У цьому середовищі щільність і температура сягають трильйонів градусів, що руйнує звичну структуру атомів. Кварки та глюони, які зазвичай міцно утримуються всередині протонів і нейтронів, вивільняються і починають рухатися колективно. «Наші дані показують, що розмір цієї плазмової краплі в 10 000 разів менший за типовий атом і поводиться як рідина», — зазначає Лі Чен, доцент кафедри фізики Університету Вандербільта. Фізикам вперше вдалося спостерігати, як енергійна частка «прошиває» цю плазму, залишаючи за собою характерний слід, подібний до хвилі за човном, що рухається по воді. Головною проблемою експерименту було відокремлення сигналу самої частки від збурень у навколишньому середовищі. Для вирішення цього завдання вчені використали Z-бозон — носій слабкої ядерної взаємодії. Z-бозон утворюється одночасно з кварком, але, на відміну від нього, практично не взаємодіє з плазмою і вилітає із зони зіткнення неушкодженим. Це дозволило дослідникам використати його як точний маркер початкового напрямку та енергії кварка. Аналізуючи простір безпосередньо за траєкторією кварка, вчені виявили «зону збіднення» — падіння кількості частинок менш ніж на 1%. Це мікроскопічне зниження щільності підтверджує, що кварк передає імпульс плазмі, виштовхуючи її вперед, як ніс човна виштовхує воду. Глибина та форма цієї «западини» за кварком дають критично важливу інформацію про в’язкість первинного всесвіту. Якщо плазма тече легко, як вода, впадина заповнюється швидко; якщо вона за консистенцією ближча до меду, слід зберігається довше. Розуміння цих властивостей є ключовим для космології, адже епоху кварк-глюонної плазми неможливо побачити в жоден телескоп — тоді Всесвіт був абсолютно непрозорим для світла. Наразі отримані результати є лише початком масштабного вивчення властивостей первинного «космічного бульйону». Фізики планують накопичити більше даних, щоб точно визначити, наскільки «густим» був наш Всесвіт у момент свого народження.
