Сенсационный шаг к разгадке тайн ранней Вселенной
В сердце Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), расположенной на границе Швейцарии и Франции, в подземном кольце длиной 27 километров, был совершен грандиозный эксперимент. Группа физиков, включая ведущих ученых из Института Нильса Бора (Копенгагенский университет), воссоздала условия, которые существовали в космосе лишь через одну миллионную долю секунды после так называемого Большого взрыва, когда температура достигла уровня, невозможного для описания обычной физики.
Тогда, в первые микросекунды существования Вселенной, не было ни атомов, ни даже протонов и нейтронов. Весь космос был заполнен особой субстанцией — кварк-глюонной плазмой (КГП), причём название это звучит пугающе, но это просто „суп“ из самых фундаментальных частиц материи. Сегодня наука вплотную подобралась к тому, чтобы поставить такие условия в лаборатории.
Как создать свой собственный «мини-Большой взрыв»
Исследователи, работающие в рамках международного мегапроекта ALICE (A Large Ion Collider Experiment), сделали почти невозможное. Они сталкивали между собой лёгкие ядра атомов — кислород-16 и неон-20 — на почти световых скоростях, разгоняя их до энергии 5,36 ТэВ (тераэлектронвольт) на каждый пар нуклонов (то есть протонов и нейтронов). При таком стечении обстоятельств температура в зоне столкновения подскакивает до более 100 000 раз выше, чем в центре Солнца. Именно такие условия считаются „рецептом“ для создания КГП.
Почему это необычно? Долгое время доминировало представление, что для возникновения этого экзотического состояния материи нужно разбивать очень тяжёлые ядра, например, атомы свинца. Сделать это с маленькими ядрами казалось физикам невозможным из-за их микроскопических размеров.
„Мы превзошли предел минимального размера ядер, которые все еще способны воспроизводить эту первичную материю, — поясняет доцент Йоу Чжоу, руководитель группы из Копенгагена. — По сути, мы создали маленький Большой взрыв в лаборатории“.
Что такое Кварк-глюонная плазма (QПП)?
Для тех, кто не знаком с ядерной физикой, поясню вкратце. Весь обычный мир — из атомов, внутри которых есть ядро, а то — из протонов и нейтронов. Но если разогреть вещество до немыслимой энергии, даже эти частицы „растворяются“ в своих самых мельчайших составляющих — кварках и частицах-переносчиках сильного взаимодействия — глюонах. Кварки и глюоны не существовали поодиночке в повседневном мире, а в „плазме“ они двигаются свободно, образуя самое общее состояние материи, которое когда-либо была во Вселенной.
Ученые называют его „первичным супом“, который является косвенной моделью того, что было сразу после начала времен.
Невидимая „тень“ формы ядра
Плазма Х2 не существует в нём мгновение — она распадается почти сразу, и наблюдать её в прямом эфире невозможно. Поэтому физики используют так называемый „коллективный пот“ (вектор движения частиц) после охлаждения. Когда этот поток частиц, словно „тень“, отбрасывает на детекторы в LHC, он что-то рассказывает о том, что происходило в центре. К удивлению мирового научного сообщества, исследователи обнаружили: эта тень точно копирует изначальную геометрическую форму ядра до столкновения!
- Он-16 (кислород): имеет сферическую форму ядра. В эксперименте такая форма породила округлый поток частиц — «тень шара».
- Ne-20 (неон): это ядро вытянуто, как спортивный боулинг. И в результатах оказалась вытянутая, продолговатая «тень» — чёткий сигнал о геометрии ядра.
«Это похоже на то, как подсветить предмет и смотреть на тень: вы не видите предмет, но его тень отлично показывает его форму. Движение частиц поcле столкновения точно показывает нам форму ядер, которые были там изначально», — говорит Эмиль Горм Дальбэк Нильсен, постдокторант и соавтор работы.
Почему это — новая физика?
До этого эксперимента физики старались определять форму ядер только в „спокойных“ экспериментах на низких энергиях. Теперь же, в результате же, при энергии ЛГК, форма ядра не только не исчезает, а фактически „перекодируется“ в потоке излучаемых частиц. Этот факт обращает прежние представления о том, что ядерная геометрия нивелируется в экстремальных условиях.
Научная группа также подтвердила образование ХПГ в мини-объёме ядра лёгкого атома. Были зафиксированы главные “маркеры” плазмы: наблюдается поток и гашение джетов (это явление, когда кварковые высокоэнергетические потоки теряют энергию в плавне, как лодка тормозит в воде).
Это огромная новая площадь для изучения всех, в том числе, вопросов о том, как возникла структура Вселенной. Плазма KPФ является квинтэссенцией сильного взаимодействия, а одна из четырех сил фундаментальной физики.
Практическое значение для будущего
Команда уже планирует новые эксперименты с еще более лёгкими атомами, как гелий-4 (альфа-частица), чтобы найти точную минимальную границу массы, при которой происходит фазовый переход к плазме. Это поможет с высокой точностью «измерить» раннюю динамику нашей вселенной. Проект получил финансирование в рамках Европейского исследовательского совета (проект ERC-InitialConditions), результаты напечатаны в центральном журнале физической науки Physical Review Letters.
Мир стремительно приближается к моменту, когда мы сможем раскрыть тайну собственного происхождения, проводя повторные „маленькие взрывы“ в 200-метровом туннеле под предгорьем Юрий (Женева). И главное — результаты не противоречат текущим стандартам, но теперь физики получили сверхточный инструмент для изучения микроскопического мира.
Подробнее читайте на источниках: Infobae, La Nación и Gizmodo. Научный первоисточник: ALICE Collaboration, 2026.