Физики Брукхейвенской национальной лаборатории (штат Нью-Йорк, США) впервые получили капли кварк-глюонной плазмы на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Вещество в подобном состоянии, характеризующееся почти нулевой вязкостью, существовало в первые мгновения Большого взрыва. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.
Кварк-глюонная плазма представляет собой агрегатное состояние вещества, при котором адроны — класс элементарных частиц, включающий в себя протоны и нейтроны, — разделяются на асимптотически свободные кварки и глюоны. Это состояние аналогично плазме, когда атомы ионизируются, при этом происходит разделение зарядов, а ядра и электроны могут свободно перемещаться. Однако плазма остается квазинейтральной, то есть общий заряд внутри любой ее части равен нулю. Внутри адронов кварки удерживаются конфайнментом, при этом цвета (особая квантовая характеристика) каждого кварка должны компенсировать друг друга, в результате чего адронное вещество остается бесцветным. Кварк-глюонная плазма квазибесцветна.
Кварк-глюонная плазма, образующаяся при высоких температурах, является почти идеальной жидкостью, в которой отсутствует вязкость. Считается, что она существовала в первые мгновения Большого взрыва и быстро охладилась, что привело к адронизации — формированию бесцветных адронов из цветных кварков, антикварков и глюонов, которые при низких температурах не могут существовать в свободном состоянии.
Ученые провели на RHIC столкновения между атомами золота и ускоряемыми ионами: протонами, дейтронами и ядрами гелия-3 — при энергии в системе центра масс (система, в которой частицы имеют равные и противоположно направленные импульсы), равной 200 гигаэлектронвольт. Согласно теоретической модели, если во время столкновения образуется кварк-глюонная плазма с экстремально низкой вязкостью, то детекторы коллайдера должны зафиксировать облака частиц, сохранивших «форму» ускоряемых ионов. Протоны оставляют круговой «след», дейтроны — эллиптический, а гелий-3 — треугольные.
Результаты эксперимента показали, что наблюдаемые паттерны частиц, выпущенных при столкновении атомов золота и ионов, совпадают с теми, что должны возникать при образовании капель кварк-глюонной плазмы.