Новые данные, полученные на релятивистском коллайдере тяжелых ионов RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории, показывают необычное поведение кварк-глюонной плазмы — первичного вещества, существовавшего сразу после Большого взрыва. В свежих статьях, опубликованных в Physical Review Letters и Physical Review C, ученые впервые измерили струи частиц, образующиеся вместе с фотонами, частицами света, которые не взаимодействуют с этой плазмой.
Кварк-глюонная плазма, или КГП, — это состояние материи, в котором кварки и глюоны, базовые строительные блоки протонов и нейтронов, находятся в свободном состоянии. Оно существует очень короткое время — меньше триллионной секунды — сразу после столкновений ядер золота, ускоренных до скоростей, близких к скорости света. Из-за своей быстротечности КГП нельзя изучать напрямую. Вместо этого ученые смотрят на струи — каскады частиц, возникающие при выходе высокоэнергичных кварков и глюонов из плазмы.
Новый подход позволил одновременно регистрировать фотон и струю, летящую в противоположном направлении. Фотоны проходят через плазму без изменений, и их энергия служит своеобразным эталоном. Сравнивая энергию фотонов с энергией струй, ученые получили уникальные данные о том, как КГП реагирует на проходящую через нее струю.
Измерение реконструированных струй дает нам уникальные представления о том, как сильно взаимодействующая плазма реагирует, когда струи движутся через нее. Изучение таких процессов помогает понять, как энергия струй распределяется внутри плазмы и куда она «уходит».
Исследователи заметили, что энергия струй в КГП распределяется более широко, чем в столкновениях без образования плазмы. Это можно сравнить с ездой велосипеда по лужам: вода разбрызгивается по сторонам, а сам велосипед замедляется. Аналогично струя теряет часть энергии, «разбрызгивая» ее в плазме.
Также ученые выяснили, что угол около 30 градусов конуса вокруг струи охватывает большую часть энергии, что важно для понимания вязкости и других свойств кварк-глюонной плазмы.
Чтобы полноценно охарактеризовать потерю энергии и реакцию плазмы, нужно понять зависимость от длины пути струи и силы ее взаимодействия с веществом.
Эти открытия дают новые возможности для изучения материи, существовавшей на заре Вселенной, и ключ к пониманию фундаментальных процессов при экстремальных энергиях. Ранее Наука Mail рассказала о регистрации гамма-кванта с рекордной энергией, связанном с самым мощным из известных гамма-всплесков — событии, которое ставит новые вопросы о природе Вселенной.