Ученые Йельского университета и Университета Дьюка обнаружили, что до 70 процентов редкой частицы, называемой чармонием, образовались не из первоначального супа материи во Вселенной, а в ходе чуть более поздних реакций между первыми субатомными частицами. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physics Letters B, раскрывают больше информации о происхождении материи во Вселенной.
Частицы во Вселенной могли возникать из кварк-глюонной плазмы, существовавшей в первые 0,000001 секунды Большого взрыва, или в ходе более поздних реакций, когда кварки внутри расширяющегося огненного шара начали объединяться во взаимодействующие между собой составные частицы.
Космологи проанализировали данные, полученные детектором ALICE Большого адронного коллайдера во время столкновений ядер свинца. При столкновении происходил распад протонов и нейтронов, в результате чего высвобождались D-мезоны, которые, в свою очередь, сталкивались друг с другом. Этот процесс имитировал условия ранней Вселенной, температура которой была в 250 тысяч раз выше температуры ядра Солнца.
Известно, что D-мезоны (легчайшая частица, содержащая очарованный кварк) в поздних реакциях могут образовывать редкую частицу чармоний (состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка). Исследование показало, что значительная часть чармониев (до 70 процентов), образовалась из более поздних реакций, а не из раннего кварк-глюонного супа.
В первый момент после Большого взрыва возник горячий суп субатомных частиц, который остывал во время расширения. Все это произошло менее чем за сотую часть времени, необходимого свету, чтобы пересечь атом. Из-за чрезвычайно короткого промежутка времени механизмы, отвечающие за расширение огненного шара, во многом оставались неизученными.
Однако результаты нового исследования демонстрируют, что ученым необязательно знать подробности этого расширения, чтобы раскрыть механизмы образования новой материи. Значительное количество субатомных частиц может производиться в результате столкновений между другими частицами независимо от этого.