Учёные создали «Маленький Большой Взрыв» — и он оказался куда меньше, чем все ожидали

Честно говоря, когда я впервые прочитал об этом исследовании, мне пришлось перечитать его дважды. Уж больно невероятной казалась информация.

Исследователям удалось воссоздать ту самую первичную материю, которая заполняла нашу Вселенную... используя ядра атомов настолько маленькие, что большинство физиков просто не верило в успех.

Дайте себе минуту, чтобы это осмыслить.

Что именно они сделали?

Всё просто. Сразу после Большого Взрыва, когда атомов ещё не существовало, вся Вселенная была заполнена так называемой кварк-глюонной плазмой. Это невероятно горячее и плотное состояние материи, где протоны и нейтроны ещё даже не успели образоваться. Учёные называют это «первичной материей Вселенной».

Долгое время исследователи пытались получить эту субстанцию в лабораториях, разгоняя ядра атомов до околосветовых скоростей и сталкивая их друг с другом. Логика подсказывала: нужны тяжёлые ядра — вроде свинца — чтобы создать достаточно энергии для образования плазмы.

Но вот что удивительно: учёные из Института Нильса Бора в Копенгагене совместно с коллаборацией ALICE в ЦЕРН доказали, что эта логика ошибочна.

Они успешно получили кварк-глюонную плазму с помощью куда более лёгких ядер — а именно кислорода-16 и неона-20. Это значительно меньше того, что считали возможным.

Свинец содержит 82 протона. Кислород — 16. Неон — 20. Разница, как видите, колоссальная.

«Маленький Большой Взрыв»

Доцент Ю Чжоу, руководивший экспериментом, выразился очень точно: то, что они создали — это, по сути, «Маленький Большой Взрыв».

«Мы расширили границы того, насколько маленькими могут быть атомные ядра, чтобы при этом воссоздать первичную материю, — сказал он. — Теперь мы лучше понимаем фундаментальные условия, необходимые для перехода материи в это экстремальное состояние».

Мне нравится такая формулировка. Мы буквально наблюдаем миниатюрные версии рождения Вселенной — в ускорителях частиц, раскинувшихся через несколько стран.

Связь с кеглями

Вот тут начинается самое интересное — и немного забавное.

Когда учёные сталкивали эти крошечные ядра, они обнаружили нечто удивительное: образовавшиеся частицы сохраняли информацию о форме исходных ядер.

Столкновения кислорода давали округлые узоры. А вот с неоном — характерные продолговатые паттерны, похожие на силуэт кегли.

Почему так? Потому что ядро кислорода сферическое, а ядро неона... вытянутое, как кегля.

Постдок Эмиль Горм Дальбэк Нильсен объяснил это очень образно: «Это как посветить фонариком на предмет и увидеть его тень. Сам объект не виден, но тень выдаёт его форму».

Получается, наблюдая за тем, как частицы разлетаются после столкновений, учёные могут фактически «увидеть» форму атомных ядер, которые слишком малы для прямого наблюдения. Круто, правда?

Почему это важно для вас?

Знаю, о чём вы думаете — какая-то узкоспециальная физика, не имеющая отношения к реальной жизни.

Но вот в чём дело: понимание структуры атомных ядер помогает нам разобраться в сильном взаимодействии — одной из четырёх фундаментальных сил природы. Именно она удерживает вместе протоны и нейтроны. Без неё атомы просто не могли бы существовать.

Без сильного взаимодействия ничего в нашей Вселенной не выглядело бы так, как сейчас. Звёзды, планеты, вы, я — всё это невозможно без этих фундаментальных процессов.

А ещё есть что-то по-настоящему восхитительное в том, что человечество способно воссоздать в миниатюре условия, существовавшие через микросекунды после рождения целой Вселенной. Это заставляет задуматься о нашем месте в космосе.

Продолжая традицию

Исследование имеет особые корни в Институте Нильса Бора. Оге Бор, сын знаменитого физика, получил Нобелевскую премию в 1975 году за работу над структурой атомного ядра. Традиция расширять наши знания об этих крошечных строительных блоках материи продолжается и сегодня.

Вместо того чтобы аккуратно зондировать ядра при низких энергиях — традиционный подход — эти учёные теперь разбивают их вдребезги при максимально возможных энергиях и восстанавливают их свойства по осколкам.

Это принципиально иной взгляд на вещи — и он открывает новые возможности для понимания как самых ранних моментов существования Вселенной, так и природы материи.

Довольно удивительно, что можно открыть, когда сталкиваешь крошечные штуки ну очень сильно, правда?