Физики узнали как звучал Большой Взрыв

Диаграмма, показывающая «остывание» Вселенной и переход от кварк-глюонной плазмы к обычному веществу. Рисунок с сайта Брукхевенских лабораторий, http://www.bnl.gov, перевод Ленты.ру.

Трое физиков из США, Канады и Германии опубликовали , описывающую поведение кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновении частиц в экспериментах на коллайдерах и существовавший в первые микросекунды жизни Вселенной. Им удалось рассчитать, что попадающий в сгусток плазмы протон или иная частица создает ударную волну, аналогичную ударным волнам от сверхзвуковых самолетов в воздухе.

Кварк-глюонная плазма является на сегодняшний день самым экстремальным состоянием вещества. Если обычная плазма образуется тогда, когда энергия достаточна для отрыва электронов от атомов, то кварк-глюонная плазма характеризуется на порядки большей энергией. При температурах в триллионы градусов, которые возникают при столкновении пучков с околосветовой скоростью, составляющие протоны и нейтроны кварки образуют вместо отдельных частиц каплевидный сгусток. Так как в сгустке помимо кварков представлены и связывающие их глюоны, это состояние носит название кварк-глюонной плазмы.

Подобное состояние материи существовало лишь в первую микросекунду после Большого Взрыва — и в начале 2000-х годов физики сообщили о том, что эту «первоматерию» удалось получить на релятивистком ускорителе тяжелых ионов (RHIC) в США.

Ученые рассчитали, что при попадании в такую плазму движущейся частицы возникает ударная волна, схожая с ударной волной от пролетающего со сверхзвуковой скоростью предмета в обычном газе. В статье, опубликованной в журнале Physical Review C и пересказанной на сайте PhysOrg.com, приводятся результаты и численного моделирования, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными коллайдера на тяжелых ионах.

Полученные данные свидетельствуют о том, что, несмотря на сверхвысокую температуру, кварк-глюонная плазма во многом схожа с обычным веществом и может быть описана с использованием уравнений гидродинамики. По словам Брайна Ньюфилда, одного из авторов работы, это позволяет использовать методы обычной акустики для изучения кварк-глюонной плазмы. Что, в свою очередь, помогает более точно описать как наблюдаемые в ускорительных экспериментах явления, так и первые микросекунды жизни Вселенной.