Вперше в історії американські науковці відтворили зародження Всесвіту у лабораторних умовах

Фізики з Університету Райса вперше точно виміряли температуру кварк-глюонної плазми — первинної форми матерії, яка існувала одразу після Великого вибуху. Дослідження провели на прискорювачі Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) у Національній лабораторії Брукгейвена (США), де внаслідок зіткнень важких іонів утворюється ця надгаряча субстанція. Виміряні температури сягнули від 2 до 3 трильйонів кельвінів, що робить це дослідження найточнішим на сьогодні у сфері термодинаміки раннього Всесвіту.

Команда під керівництвом професора Френка Герца проаналізувала пари електронів і позитронів, які виникають під час зіткнень. Ці частинки не взаємодіють із середовищем, тому виходять із нього без спотворень, що дозволяє використовувати їх як «термометр». За словами Герца, це дало змогу простежити, наскільки гарячою була плазма і як швидко вона охолоджувалась — фактично відтворити умови, що існували за мікросекунди після Великого вибуху.

Для фіксації слабких сигналів від лептонних пар дослідники вдосконалили детектори RHIC. Отримані дані виявили два основні температурні рівні: близько 2,01 трильйона кельвінів — для фази переходу плазми у стабільний стан, і приблизно 3,25 трильйона кельвінів — для раннього, більш гарячого етапу. Це вперше дозволило побудувати тепловий профіль кварк-глюонної плазми на різних стадіях її існування.

Результати допомагають уточнити фазову діаграму квантової хромодинаміки (QCD) — модель, що описує поведінку фундаментальної матерії за екстремальних температур і тиску. Це важливо для розуміння не лише раннього Всесвіту, а й умов усередині нейтронних зірок.

Як підсумував Герц, ці спостереження відкривають нову еру у вивченні матерії: «Це не просто вимірювання, а крок до розуміння самої суті того, як енергія перетворюється на речовину».

Результати дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.