Ученые Брукхейвенской национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Калифорнийского университета в Беркли и Университета штата Уэйн изучили свойства кварк-глюонной плазмы — агрегатной формы материи, существующей в первые мгновения после Большого взрыва. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Кварк-глюонная плазма представляет собой жидкость из кварков и глюонов, образующуюся при высокоэнергетических столкновениях тяжелых атомных ядер. В обычной материи кварки существуют только в связанном состоянии (конфайнмент) благодаря сильному ядерному взаимодействию, из-за чего образуются адроны. Однако при экстремально высоких температурах кварки находятся в свободном состоянии. Подобно тому как в обычной плазме происходит разделение зарядов (ионизация) изначально нейтральных атомов, в кварк-глюонной плазме происходит разделение цветовых зарядов изначально бесцветной («белой») адронной материи.
Кварк-глюонная плазма имеет очень низкую вязкость, которая характеризует ее сопротивление течению. Для того чтобы проследить за изменениями вязкости, ученые разработали новую модель. Она сочетала в себе динамику вязкой жидкости во всех трех пространственных измерениях с динамическими моделями начальной стадии столкновений на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Учет эволюции начального состояния позволил исследователям более точно описывать процессы при низких энергиях пучка, когда предположение о мгновенном столкновении недействительно. Для сбора статистики были использованы пять миллионов численно смоделированных событий.
Оказалось, что вязкость плазмы увеличивается с ростом чистой барионной плотности, то есть с увеличением относительного содержания барионов (частиц, состоящих из трех кварков) по сравнению с антибарионами. Это согласуется с некоторыми теоретическими предсказаниями и позволяет лучше подогнать модели к экспериментальным данным столкновений ядер золота при разных энергиях.