Физики зафиксировали температуру первичной плазмы после Большого взрыва
Международная команда физиков под руководством Фрэнка Гертса из Университета Райса определила, насколько горячей была кварк-глюонная плазма — экзотическое состояние материи, заполнявшее Вселенную спустя миллионные доли секунды после ее рождения.
Кварк-глюонная плазма представляет собой уникальную форму материи, в которой кварки и глюоны — строительные блоки протонов и нейтронов — существуют свободно, а не заключены внутри частиц, как в обычных условиях. Это состояние возникает при невообразимо высоких температурах в триллионы градусов, то есть тогда, когда обычная материя буквально расплавляется до своих фундаментальных составляющих.
Измерить температуру в условиях, где не может выжить ни один прибор, оказалось сложнейшей задачей. Но ученые нашли остроумное решение: они использовали в качестве «термометра» пары электронов и позитронов, которые рождаются при столкновениях атомных ядер — эти частицы были получены в коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории. Парные частицы, или, как их еще называют ученые, лептонные пары, проходят через плазму практически без взаимодействия, сохраняя информацию о ее температуре.
«Наши измерения раскрывают тепловой отпечаток кварк-глюонной плазмы. Отслеживая излучение лептонных пар, мы смогли определить, насколько горячей была плазма и когда она начала остывать, получив прямое представление об условиях всего через микросекунды после зарождения Вселенной», — объясняет Гертс.
Результаты оказались впечатляющими. Ученые обнаружили два четких температурных диапазона. На поздней стадии эволюции плазмы, когда она уже начинала превращаться в обычную материю, средняя температура составляла около 2,01 триллиона кельвинов. На более ранней, энергичной стадии температура достигала 3,25 триллиона кельвинов — это в 200 тысяч раз горячее центра Солнца.
Различие в температурах объясняется тем, что легкие пары частиц рождаются позже в эволюции плазмы, когда она уже остывает, а тяжелые — на начальной, самой горячей стадии. Это позволило ученым впервые проследить, как менялась температура вещества в процессе его эволюции.
«Наша работа — это не просто измерение, она открывает новую эру в изучении материи в самых экстремальных условиях», — подчеркивает Гертс. Полученные данные помогут ученым не только лучше понять то, какими были первые мгновения существования Вселенной, но и раскрыть процессы, происходящие внутри нейтронных звезд, где материя существует в похожих экстремальных состояниях.
Ранее астрофизики объяснили, как формировалась материя после Большого взрыва.
