Často se říká, že ve svých nejranějších okamžicích byl vesmír v horkém a hustém stavu. I když je to poměrně přesný popis, je také docela vágní. Co přesně to bylo horké a husté a v jakém to bylo stavu? Odpověď na tuto otázku vyžaduje komplexní teoretické modelování a vysokoenergetické experimenty ve fyzice částic. Ale jak ukazuje nedávná studie, učíme se docela dost.
Podle částicové fyziky a standardního kosmologického modelu se hmota objevila během první mikrosekundy vesmíru. Tato počáteční hmota je považována za hutnou polévku kvarky interagující v moři gluonů. Tento stav hmoty je znám jako kvark-gluonové plazma (QGP). Chování QGP je řízeno silnou silou podle zákonů kvantové chromodynamiky (QCD). Zatímco QCD rozumíme relativně dobře, matematika teorie je tak složitá, že je obtížné ji vypočítat. I se superpočítači je těžké spočítat stav hustých interakcí kvark-gluon.
Pohled dovnitř ALICE na Velký hadronový urychlovač. ALICE je jedním ze čtyř částicových detektorů LHC. Obrázek: CERN/LHC
Alternativou je použití velkého hadronového urychlovače v CERNu. Rozbijte částice dohromady rychlostí téměř světla a na krátký okamžik můžete vytvořit kvark-gluonovou polévku. ALICE Collaboration se zabývala těmito typy kolizí, aby studovala nejen stav QGP, ale také to, jak plazma přechází na hadrony. Dva nejběžnější typy hadronů jsou protony a neutrony, které tvoří jádra atomů.
Jedním z jejich překvapivých objevů je, že kvark-gluonové plazma se nechová jako hustý plyn, podobně jako jiná plazma. Místo toho se QGP chová jako hustá kapalina více analogická vodě. Díky tomu je jeho celková hustota hladší. Tento rozdíl je nepatrný, ale mohl by být klíčem k pochopení kritického posunu, ke kterému pravděpodobně došlo v raném vesmíru.
Ve standardním kosmologickém modelu prošel raný vesmír dramatickou fázovou změnou, aby se transformoval do vesmíru, který vidíme dnes. Před obdobím QGP měl vesmír období exponenciální expanze. Téměř okamžitě se pozorovatelný vesmír rozšířil o faktor 1026a chlazený faktorem 100 000. Tato expanze a podchlazení předznamenalo období QGP, takže pochopení jeho tekutého chování nám pomáhá toto přechodné období studovat.
O raném vesmíru je stále co učit. Takové studie ze spolupráce ALICE jsou zásadní pro naše porozumění. Posouvají samotné hranice fyziky vysokých energií a nadále převracejí naše očekávání.
Odkaz:Acharya, S., a kol. “ Měření smíšených harmonických kumulantů ve srážkách Pb–Pb při sNN= 5,02 TeV .'Písmena z fyziky B(2021): 136354.
