В течение последних пяти лет сотни ученых используют мощнейший ускоритель Брукхейвенской национальной лаборатории для создания условий, существовавших в момент рождения Вселенной. В Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) сталкиваются два встречных пучка ядер золота, движущихся почти со скоростью света. Столкновения атомных ядер, в результате которых возникают чрезвычайно горячие, плотные сгустки материи и энергии, имитируют события первых микросекунд после Большого взрыва. В коротких мини-взрывах, как в зеркале, отражаются самые первые мгновения нашего мира, когда материя была ультрагорячим, сверхплотным варевом из кварков и глюонов, мечущихся во все стороны и постоянно сталкивающихся друг с другом. Адский суп был приправлен щепоткой электронов, фотонов и других легких элементарных частиц. Его температура составляла триллионы градусов, и он был в сотни тысяч раз горячее, чем солнечное ядро.
Но космос расширялся, и температура резко падала. Кварки и глюоны замедлились настолько, что начали кратковременно склеиваться. Спустя 10 мкс их связали мощные силы взаимодействия, и они оказались запертыми внутри протонов, нейтронов и других частиц, которые называются адронами. Столь резкое изменение свойств материала называют фазовым переходом (типичный пример — превращение воды в лед). Космический фазовый переход от первоначальной смеси кварков и глюонов к обычным протонам и нейтронам представляет огромный интерес и для тех, кто хочет знать, как Вселенная эволюционировала к нынешнему высокоструктурированному состоянию, и для тех, кто хочет разобраться в природе участвовавших в этом процессе фундаментальных сил.
Протоны и нейтроны, из которых состоят ядра современных атомов, — это сохранившиеся капельки первичного моря, крошечные субатомные тюремные камеры, в которых навечно заключенные кварки мечутся взад и вперед. Даже при сильнейших столкновениях, когда узники уже готовы разорвать ненавистные путы, возникают новые стены, удерживающие их в связанном состоянии. Несмотря на многочисленные попытки, ни одному физику еще не удавалось зарегистрировать прохождение через детектор отдельного кварка.
RHIC дает исследователям прекрасную возможность наблюдать освобожденные из протонов и нейтронов кварки и глюоны в коллективном квазисвободном состоянии, напоминающем самые ранние микросекунды бытия. Сначала теоретики называли эту смесь кварк-глюонной плазмой, т.к. ожидалось, что она будет вести себя как ультрагорячий газ заряженных частиц (плазма), из которого, например, состоит молния. Сталкивая тяжелые ядра друг с другом в мини-взрывах, кратковременно освобождающих кварки и глюоны, RHIC действует как временной телескоп, через который можно взглянуть на раннюю Вселенную, где безраздельно властвовала ультрагорячая, сверхплотная кварк-глюонная плазма. К всеобщему удивлению, выяснилось, что последняя ведет себя скорее как жидкость, а не как газ.
Полный текст статьи на сайте журнала "В МИРЕ НАУКИ"