;
Кейсы 27 января 2022

Формируется не так, как все вещества: что мы знаем о самой первой материи во Вселенной

Далее

Ученые из Европейского центра ядерных исследований сумели воссоздать то, что происходило в первые мгновения после появления Вселенной. По итогам работы они получили «частицы Х», которые не похожи на уже открытые модели формирования веществ. «Хайтек» разбирается, какой была первая материя во Вселенной.

Мезоны, плазма и идеальная жидкость — из чего состояла ранняя Вселенная и почему ее так трудно изучить.

Что мы знаем о материи, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной?

Первые моменты жизни Вселенной называют космической сингулярностью. Это вероятное состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва. Ученые считают, что материя в тот период обладала бесконечно большой плотностью и температурой. Количество времени, которое расширялась Вселенная, можно назвать ее возрастом — по различным данным оно составляет около 14 млрд лет.

Начальный период развития вселенной называют планковской эпохой — это самый ранний период в истории наблюдаемой нами Вселенной. В это время вещество Вселенной имело энергию ~1019 ГэВ, плотность ~1097 кг/м³ и температуру ~1032 К. По предположениям ученых это была высокооднородная и изотропная среда с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением.

Как ученые ищут материю первых мгновений жизни?

Исследователи серьезно продвинулись в изучении первичной материи благодаря созданию европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) — это самый крупный в мире научно-исследовательский центр в области физики частиц.

В 2000 году во время экспериментов на ЦЕРН исследователи зафиксировали первые признаки образования кварк-глюонной плазмы. Это идеальная жидкость: в ней кварки и глюоны, которые являются строительными блоками протонов и нейтронов, настолько сильно связаны, что текут почти без трения.

В 2012 году исследователи смогли сделать еще одно крупное открытие с помощью Большого адронного коллайдера — физики впервые доказали, что бозон Хиггса существует. Это элементарная частица, которая отвечает за наличие массы у материи. В 2014-2015 годах в ЦЕРН были открыты такие новые элементарные частицы, как тетракварк и пентакварк.

Что такое кварк-глюонная плазма?

Кварк-глюонная плазма — это состояние сильно взаимодействующей ядерной материи, в которой отдельные протоны и нейтроны словно растворяются друг в друге. А составляющие их кварки начинают свободно гулять по объему.

Такое состояние может возникнуть при достаточно высоком давлении и температуре примерно 2 трлн градусов Цельсия. В таком состоянии находилась Вселенная спустя микросекунды после Большого взрыва, и примерно такое же состояние может до сих пор существовать в самом центре некоторых нейтронных звезд.

Ученые ранее выяснили, что высокоэнергетические струи частиц пролетают через кварк-глюонную плазму — каплю размером с ядро ​​атома — со скоростью, превышающей скорость звука, и испускают сверхзвуковой удар.

Кварк-глюонная плазма существовала в первые 0,000001 секунд после Большого взрыва, а потом исчезла из-за расширения. Этот процесс ученые смогли воспроизвести в Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Во время эксперимента коллайдер разбил ионы плазмы на огромной скорости, которая была близка к скорости света.

В результате авторы выяснили, что кварк-глюонная плазма превратилась в ядра атомов. Благодаря этому удалось показать, что она изначально была в жидком состоянии и лишь со временем изменила его на газообразное.

Кварк-глюонная плазма существовала в первые 0,000001 секунд после Большого взрыва, а потом исчезла из-за расширения. Этот процесс ученые смогли воспроизвести в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.

Физики смогли воссоздать материю первых мгновений жизни Вселенной. Что это нам дает?

Исследователи из Европейского центра ядерных исследований смогли впервые зафиксировать экзотические мезоны X(3872) в кварк-глюонной плазме — такое состояние материи исследователи получили искусственно на Большом адронном коллайдере.

Авторы отмечают, что эти «частицы Х» очень редкие и их тяжело исследовать. Мезоны, о которых идет речь, — это частицы, которые состоят из нескольких частей, это похоже на протоны с нейтронами — но есть и отличие, мезоны выделены в отдельную группу. Еще одна трудность в изучении мезонов — их жизненный цикл, кроме того, частицы нестабильны и распадаются максимум за стомиллионые доли секунды.

По словам исследователей, «частицу Х» относят к мезонам, но набор ее квантовых характеристик необычный — или, как утверждают некоторые исследователи, противоречивый. Частица не до конца вписывается в сегодняшние представления о формировании веществ. Поэтому исследователи хотят как можно подробнее описать экзотический мезон X(3872).

По результатам работы физики убедились, что «частицы Х» можно создавать в кварк-глюонной плазме. Поэтому с помощью такого алгоритма можно эффективно исследовать экзотические мезоны. Так ученые подробнее узнают о первых моментах существования Вселенной.

Почему изучать то, что происходило в ранней Вселенной и до ее формирования, очень тяжело?

Исследователи ставят проблему космической сингулярности, согласно которой никакие сведения о том, что произошло после сингулярности, не могут дать нам информацию, что происходило до этого.

По результатам работы физики убедились, что «частицы Х» можно создавать в кварк-глюонной плазме. Поэтому с помощью такого алгоритма можно эффективно исследовать экзотические мезоны. Так ученые подробнее узнают о первых моментах существования Вселенной

Новые исследование приближают нас к разгадке событий, происходивших во время Большого взрыва и развития Вселенной. Это может объяснить, какие процессы протекали в первые моменты существования Вселенной и сделали ее именно такой, какая она есть.

Читать далее

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Три года ученые считали, что на юге Марса есть вода. Оказалось, это не так

Гиперзвуковой самолет на водороде развивает скорость до 12 Махов. Это почти 15 000 км/ч