Учёным из коллаборации STAR на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) удалось получить кварк-глюонную плазму в столкновениях относительно лёгких ядер кислорода. Это вещество, предположительно, наполняло Вселенную в первые мгновения после Большого взрыва. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, важны тем, что плазму получили при значительно более низких энергиях, чем в предыдущих подобных экспериментах.
На образование плазмы указал эффект «подавления струй» (jet quenching). Его суть в том, что потоки частиц высокой энергии теряют часть своей силы, проходя через чрезвычайно горячую и плотную среду, которая образуется при столкновении ядер. В ходе эксперимента физики зафиксировали, что частицы в струях теряли около 20% энергии, что стало убедительным доказательством.
Кварк-глюонная плазма – это состояние материи, в котором протоны и нейтроны «плавятся», распадаясь на составляющие их кварки и глюоны. Изучая её свойства, учёные пытаются понять, как развивалась Вселенная в первые микросекунды своего существования. Вещество существует лишь доли секунды, поэтому его исследуют по косвенным признакам, анализируя частицы, которые разлетаются из зоны столкновения.
Ранее явные признаки подавления струй наблюдали в основном при столкновении тяжёлых ядер, например золота, как на RHIC в США, так и на Большом адронном коллайдере (БАК) в Европе. В более лёгких системах фиксировали другой признак плазмы – коллективное движение частиц, – но в научном сообществе шли споры, является ли это достаточным доказательством. Новое исследование, зафиксировавшее подавление струй, даёт более весомые аргументы.
Особую важность новым данным придаёт то, что столкновения ядер кислорода на RHIC проводили при энергии 200 миллиардов электронвольт (ГэВ). Для сравнения: аналогичные эксперименты на БАК требовали энергий свыше 5000 ГэВ. Таким образом, результат RHIC помогает установить нижний энергетический порог, при котором всё ещё возможно образование кварк-глюонной плазмы.
Для эксперимента использовали ядра кислорода, состоящие из восьми протонов и восьми нейтронов. Их простая и симметричная сферическая форма упрощает анализ геометрии столкновений. Исследователи сравнивали данные лобовых столкновений, где вероятность образования плазмы максимальна, со скользящими ударами, при которых она не должна возникать.
Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов уже завершил свою работу. Однако учёным ещё предстоит проанализировать данные, которые были собраны во время финального этапа эксплуатации установки детекторами STAR и sPHENIX. Ожидается, что эти результаты позволят ещё точнее определить минимальные условия, необходимые для воссоздания материи ранней Вселенной.
