Mēdz teikt, ka pirmajos mirkļos Visums bija karstā, blīvā stāvoklī. Lai gan tas ir diezgan precīzs apraksts, tas ir arī diezgan neskaidrs. Kas īsti bija karsts un blīvs, un kādā stāvoklī tas bija? Lai atbildētu uz šo jautājumu, ir nepieciešama gan sarežģīta teorētiskā modelēšana, gan lielas enerģijas eksperimenti daļiņu fizikā. Taču, kā liecina nesenais pētījums, mēs diezgan daudz mācāmies.
Saskaņā ar daļiņu fiziku un standarta kosmoloģisko modeli matērija parādījās Visuma pirmajā mikrosekundē. Tiek uzskatīts, ka šī sākotnējā viela ir blīva zupa kvarki, kas mijiedarbojas gluonu jūrā. Šis vielas stāvoklis ir pazīstams kā kvarka-gluona plazma (QGP). QGP uzvedību regulē spēcīgs spēks, ievērojot kvantu hromodinamikas (QCD) likumus. Lai gan mēs salīdzinoši labi saprotam QCD, teorijas matemātika ir tik sarežģīta, ka to ir grūti aprēķināt. Pat ar superdatoriem ir grūti aprēķināt blīvas kvarka-gluona mijiedarbības stāvokli.
Ieskats ALISES iekšienē Lielajā hadronu paātrinātājā. ALICE ir viens no četriem LHC daļiņu detektoriem. Attēls: CERN/LHC
Alternatīva ir izmantot lielo hadronu paātrinātāju CERN. Sajauciet daļiņas kopā gandrīz gaismas ātrumā, un jūs uz īsu brīdi varat pagatavot kvarka-gluona zupu. ALICE Collaboration aplūkoja šāda veida sadursmes, lai izpētītu ne tikai QGP stāvokli, bet arī to, kā plazma pāriet, veidojot hadronus. Divi visizplatītākie hadronu veidi ir protoni un neitroni, kas veido atomu kodolus.
Viens no viņu pārsteidzošajiem atklājumiem ir tāds, ka kvarka-gluona plazma neizturas kā blīva gāze, līdzīgi kā citas plazmas. Tā vietā QGP darbojas kā blīvs šķidrums, kas ir līdzīgāks ūdenim. Tā rezultātā tā kopējais blīvums ir vienmērīgāks. Šī atšķirība ir smalka, taču tā varētu būt atslēga, lai izprastu kritiskās pārmaiņas, kas, iespējams, notika agrīnajā Visumā.
Standarta kosmoloģiskajā modelī agrīnais Visums piedzīvoja dramatiskas fāzes izmaiņas, lai pārveidotos par Visumu, kādu mēs redzam šodien. Pirms QGP perioda Visumam bija eksponenciālas izplešanās periods. Gandrīz acumirklī novērojamais visums paplašinājās 10 reizes26un atdzesēts ar koeficientu 100 000. Šī paplašināšanās un pārdzesēšana ievadīja QGP periodu, tāpēc izpratne par tā mainīgo uzvedību palīdz mums izpētīt šo pārejas periodu.
Joprojām ir daudz ko mācīties par agrīno Visumu. Tādi pētījumi kā šie no ALICE sadarbības ir ļoti svarīgi mūsu izpratnei. Viņi pārkāpj augstas enerģijas fizikas robežas un turpina apgāzt mūsu cerības.
Atsauce:Acharya, S., et al. ' Jaukto harmonisko kumulantu mērījumi Pb-Pb sadursmēs pie sNN= 5,02 TeV .'Fizikas burti B(2021): 136354.