Эксперименты учёных из Брукхэвенской национальной лаборатории США показывают, что наши представления о первых мгновениях существования Вселенной должны измениться: гипотетическую кварк-глюонную плазму следует рассматривать скорее как жидкость, чем как собственно плазму.

Согласно современным представлениям, в первые микросекунды существования Вселенной она находилась в совершенно необычном, практически не изученном экспериментально состоянии, называемом кварк-глюонной плазмой. Элементарные заряженные частицы - кварки являются составными частями всех адронов (барионов - протонов, нейтронов - и мезонов), а нейтральные частицы глюоны являются переносчиками сильного взаимодействия, которые обеспечивают "склеивание" кварков в адроны. В настоящее время кварки встречаются только в связанном состоянии, однако в первые мгновения жизни Вселенной, когда эти частицы только-только образовались, они находились в свободном (газообразном) состоянии. Нельзя, правда, исключить, что и сейчас встречаются объекты, в которых кварки и глюоны существуют в "первозданном" виде - речь идёт о так называемых "кварковых звёздах" .

Однако экспериментальное исследование такого гипотетического состояния материи сталкивается с огромными трудностями: во время существования кварк-глюонной плазмы Вселенная была очень горячей - её температура превышала 10¹² K (это на несколько порядков выше, чем температура в недрах самых горячих звёзд). Реализовать пригодные для существования кварк глюонной плазмы условия сейчас можно единственным образом - используя ускорители на встречных пучках (коллайдеры). Учёные полагают, что при достаточно больших энергиях сталкивающихся ионов протоны и нейтроны, из которых они состоят, на короткое время могут превращаться в кварк-глюонную плазму. Попытки получить и исследовать кварк-глюонную плазму в последние годы интенсивно ведутся в Брукхэвенской национальной лаборатории (США) на RHIC (релятивистском коллайдере тяжёлых ионов). В этих экспериментах используются тяжёлые ионы золота.

Рис.1. A - схематическое изображение кварк-глюонной плазмы, B - схематическое изображение кварк-глюонной жидкости.

Интерпретируя результаты экспериментов, американские учёные раньше высказывали предположение, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонную плазму, которая существует при температуре порядка 2 триллионов кельвинов. Последние сообщения из Брукхэвенской лаборатории ещё интереснее: исследователи сообщают, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонное состояние материи, существующее порядка 10^-23 секунды, однако оно напоминает не газ, а ... жидкость. Т.е., несмотря на экстремально высокие температуры, кварки достаточно сильно связаны между собой (рис.1) и их движение напоминает скорее движение атомов в жидкости, а не в газе (см. также анимацию на сайте Брукхэвенской лаборатории - "газ" , "жидкость" ). Кварк-глюонная жидкость, с поправкой на масштабы и температуры, очень похожа на обычные жидкости, такие как вода: она имеет достаточно низкую вязкость и обладает высокой степенью однородности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сила взаимодействия между кварками и глюонами значительно сильнее, чем полагали раньше.

Теперь учёные планируют исследовать состояние этой самой необычной из существующих во Вселенной жидкостей, пытаясь определить такие её параметры, как вязкость, темплоемкость и скорость звука в кварковой жидкости. Однако серьёзным препятствием на пути исследователей может стать сокращение финансирования, что вынуждает их существенно сократить время экспериментов - с 30 недель до 12 недель в будущем году.

Источник новости - Nature News

Е.Онищенко