В начале было жарко

В одном из ведущих научных учреждений США Брукхейвенской национальной лаборатории физики добились успеха в исследовании эволюции Вселенной. В соответствующем пресс-релизе утверждается, что физикам удалось получить данные о температуре кварк-глюонной материи (состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, когда оно переходит в состояние, подобное тому, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме), заполнившей Вселенную за первые микросекунды после Большого взрыва.

Этот результат был получен физиками лаборатории на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC).

На этом приборе, который почти в десять раз меньше по размерам, чем Большой адронный коллайдер, ученые осуществили множественные столкновения ионов золота со скоростями, близкими к скорости света. Это позволило создать очень горячее вещество, которое существовало в такой форме 10^-12 - 10^-9 секунд. За это время свет проходит расстояние, равное размерам протона.

Излучая спектр фотонов излучения горячего вещества, созданного в коллайдере, ученые определили его температуру.

Она оказалась равной четырем триллионам градусов Цельсия, что в 250 тысяч раз больше температуры в центре Солнца.

Ученые утверждают, что измерили реальную температуру именно кварк-глюонной материи, устранив влияние других частиц, возникающих при столкновении ионов. То есть при определении температуры учитывались именно «прямые фотоны» – те фотоны, которые отвечают за температуру в первые мгновения образования материи.

Ранее эксперименты на RHIC показали, что кварк-глюонная материя представляет собой практически идеальную жидкость с нулевой вязкостью, в которой нет внутреннего трения. Определение ее температуры представляет собой важнейшую задачу в исследовании процесса эволюции материи, то есть всей нашей Вселенной.

Еще один результат, который удалось получить ученым из Брукхейвена, заключается в обнаружении областей с нарушенной симметрией.

Это, в частности, может стать свидетельством в пользу теории, объясняющей преобладание в нашей Вселенной материи над антивеществом, то есть материи, состоящей из античастиц (частиц-двойников некоторых других элементарных частиц, различающихся знаками некоторых характеристик взаимодействия).

«Это исследование значительно углубляет понимание фундаментальной структуры материи и ранней Вселенной, подчеркивая необходимость долгосрочных инвестиций в подобные исследовательские программы», – заявил доктор Уильям Бринкин, директор одного из подразделений Брукхейвенской лаборатории.

Ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне считают, что необходимы дальнейшие исследования в этом направлении. По мнению директора ОИЯИ академика Алексея Сисакяна, вице-директора ОИЯИ профессора Рихарда Ледницки и заместителя директора Лаборатории теоретической физики имени Н. Н. Боголюбова ОИЯИ профессора Александра Сорина, высказанного ими РИА «Новости», оценка спектра прямых фотонов весьма нетривиальна, поскольку существуют несколько возможных источников фотонов. «В случае если сделанная на коллайдере весьма непростая оценка действительно верна и справедливы существующие представления о структуре фазовой диаграммы ядерной материи, это может свидетельствовать в пользу того, что обычная материя, состоящая из протонов и нейтронов, превращается в кварк-глюонную материю при энергии RHIC, – считают ученые. – К сожалению, существует целый ряд альтернативных объяснений наблюдаемым на RHIC эффектам.

Для получения более определенных и достоверных выводов необходимо провести серию дополнительных экспериментов при более низких энергиях столкновения релятивистских тяжелых ионов».

Сисакян, Ледницки и Сорин утверждают, что в свете результатов, полученных на RHIC, важное значение для мировой науки имеет создающийся в Дубне коллайдер тяжелых ионов NICA, который будет запущен в ближайшие шесть лет. В экспериментах на NICA планируется, в частности, пособытийное измерение зеркальной и зарядовой асимметрий, а также других важных параметров. «В отличие от RHIC, комплекс NICA изначально оптимизирован на область сравнительно низких энергий 4–11 гигаэлектронвольт в системе центра масс сталкивающихся нуклонов ядер, при которых, согласно теоретическим предсказаниям, возможно получить максимально достижимую в лабораторных условиях барионную плотность материи, которая могла возникать в естественных условиях на определенных стадиях эволюции Вселенной и, возможно, существует сейчас в недрах нейтронных звезд», – подчеркивают ученые. По их словам, именно в этом диапазоне энергий ожидаются самые драматические изменения в свойствах материи в результате фазовых превращений: «Запланированная для соударений тяжелых ионов на NICA средняя светимость – порядка 10 ²⁷ соударений в секунду на квадратный сантиметр – на несколько порядков превосходит ожидаемую светимость RHIC в этой области энергий, что позволит NICA продвинуться на качественно новый уровень понимания фундаментальных основ строения мироздания. Основная работа еще впереди».