Физики ЦЕРН и MIT подтвердили когерентное жидкостное поведение кварк-глюонной плазмы

Научное сообщество получило эмпирическое подтверждение фундаментальной природы кварк-глюонной плазмы (КГП), состояния материи, доминировавшего во Вселенной в первые микросекунды после Большого взрыва. Исследователи из ЦЕРН, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК) близ Женевы, Швейцария, совместно с физиками из Массачусетского технологического института (MIT) установили, что КГП демонстрирует когерентное жидкостное поведение, а не хаотичное рассеивание отдельных частиц. Это открытие разрешает давние дебаты относительно реакции этой экстремальной формы материи на внешние возмущения.

КГП, существовавшая при температурах в триллионы градусов Цельсия, быстро остыла, позволив кваркам и глюонам объединиться в протоны и нейтроны. Ключевым моментом в подтверждении жидкостной природы стало наблюдение «следов» или «ряби», которые оставляют быстро движущиеся кварки при прохождении сквозь плотную среду. Профессор Йен-Джи Ли из MIT отметил, что плазма оказалась настолько плотной, что способна замедлять пролетающий кварк, вызывая при этом «всплески и завихрения», аналогичные волнам, оставляемым лодкой на воде.

Данные, полученные в ходе экспериментов на 27-километровом ускорителе БАК, представляют собой первый прямой довод в пользу того, что КГП реагирует на скоростные частицы как единая, сплошная жидкость. Методология исследования, основанная на данных, собранных детектором CMS (Compact Muon Solenoid) на БАК, была разработана для изоляции эффекта одного кварка. Физики проанализировали приблизительно 13 миллиардов столкновений тяжелых свинцовых ионов, проведенных в 2018 году при энергии 5.02 ТэВ на нуклон, выделив около 2000 «золотых» событий.

Для получения чистого сигнала команда искала редкие случаи, когда высокоэнергетический кварк рождался одновременно с нейтральным Z-бозоном. Поскольку Z-бозон практически не взаимодействует со средой, он служит идеальным «нейтральным тегом», точно указывающим направление движения кварка, что позволяет избежать наложения следов от парных частиц. Это достижение имеет глубокие последствия для космологии и физики сильных взаимодействий, поскольку КГП является связующей нитью между фундаментальной физикой частиц и картиной развития Вселенной.

Ранее было известно, что КГП ведет себя как «почти идеальная жидкость» с низкой внутренней вязкостью. Новое измерение, фиксирующее отклик среды на проходящий струйный пучок, позволяет более точно определить транспортные свойства плазмы, такие как вязкость и диффузия. Наблюдаемые асимметрии в распределении низкоимпульсных частиц относительно направления Z-бозона полностью согласуются с гидродинамическими моделями, предсказывающими коллективный отклик среды. Дальнейшие исследования, включая доклады на конференции SQM2026 в марте 2026 года, будут направлены на более детальное картирование этих волновых эффектов для уточнения геометрии и плотности плазменного «капли».