Фізики ЦЕРН підтвердили: Кварк-глюонна плазма поводиться як когерентна рідина

Фізики з Європейської організації ядерних досліджень (ЦЕРН) остаточно підтвердили, що кварк-глюонна плазма (КГП), стан матерії, що існував у перші миті після Великого вибуху, функціонує як надзвичайно когерентна рідина. Це відкриття, отримане на основі даних експериментів на Великому адронному колайдері (ВАК) поблизу Женеви, Швейцарія, вирішує тривале протистояння щодо фундаментальної природи цього первісного «супу». КГП, яка існувала лише протягом мільйонних часток секунди після зародження Всесвіту, тепер емпірично визнана першою і найгарячішою рідиною, що коли-небудь існувала, яка демонструє властивості майже ідеальної рідини з мінімальним внутрішнім тертям.

Експериментальна установка передбачала зіткнення важких іонів свинцю на швидкостях, близьких до світлових, у 27-кілометровому прискорювачі ВАК. Дослідники, зокрема команда під керівництвом професора Єн-Цзе Лі з Массачусетського технологічного інституту (МТІ), спостерігали вимірювані «сліди», які залишають швидкорухомі кварки, проходячи крізь КГП. Професор Лі підтвердив, що плазма є достатньо щільною, щоб сповільнити кварк, і створює бризки та завихрення, подібно до води, остаточно підтверджуючи її статус первісного супу. Ця методологія включала аналіз приблизно 2000 подій, де фіксувався рух кварка у протилежному напрямку до нейтрального Z-бозона, що майже не взаємодіє з плазмою.

Це відкриття має значні наслідки для космології та фізики високих енергій, оскільки воно надає пряме емпіричне підтвердження теоретичним моделям, що описують найперші моменти існування Всесвіту. Раніше вважалося, що КГП існувала до того, як кварки та глюони охололи, утворивши протони та нейтрони. Здатність вимірювати ці «сліди» пропонує новий, відчутний показник для розуміння гідродинаміки екстремальної, високоенергетичної матерії. Попередні дослідження вже натякали, що КГП досягає температур у кілька трильйонів градусів Цельсія і поводиться як майже ідеальна рідина з дуже низьким внутрішнім тертям.

Дослідження, опубліковане в Physics Letters B, використовувало цю нову техніку для ізоляції реакції середовища на окремий кварк. Професор Лі, який раніше був співголовою групи фізики важких іонів у колаборації CMS з 2014 по 2016 рік, розробив цю інноваційну техніку аналізу. Результат, отриманий за допомогою детектора CMS, остаточно підтверджує, що КГП діє саме як рідина, що свідчить про її високу згуртованість, а не просто як газ чи рідина загалом. Спостереження за цими «слідами» дає змогу вченим виміряти в'язкість первісної космічної матерії.

Подальші дослідження заплановано для детальнішого вивчення властивостей КГП, зокрема на конференції SQM2026, яка відбудеться 22–27 березня 2026 року на кампусі Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA). На цій конференції планується обговорити останні експериментальні та теоретичні досягнення, пов'язані з квантовою хромодинамікою при високих температурах та енергіях. Робота професора Лі на експерименті CMS вже раніше демонструвала, як енергія, втрачена енергетичними партонами при проходженні крізь КГП, перетворюється на частинки з меншою енергією. Це відкриття підтверджує, що матерія у перші мікросекунди була організована як єдине ціле.