|
Первые мгновения существования Вселенной
|
|
|
|
Что произошло в первые мгновения Вселенной — до того, как появились строительные блоки жизни и мир, который мы знаем сегодня? Физики из исследовательского центра ЦЕРН в Швейцарии пытаются ответить на этот вопрос, воссоздавая некоторые экстремальные условия, которые существовали во Вселенной на самых ранних этапах её истории. Теперь исследователи из Института Нильса Бора вместе с коллегами из международного коллаборативного проекта ALICE приблизились на один шаг к пониманию этих условий.
|
|
|
|
В ЦЕРН исследователи могут заставлять атомные ядра сталкиваться почти со скоростью света, создавая крошечные капли первичной материи, которая заполняла Вселенную в течение первой миллионной доли секунды. Эта материя известна как кварк-глюонная плазма и считается самой ранней формой материи во Вселенной.
|
|
|
|
В течение многих лет учёные предполагали, что для создания этой плазмы необходимы столкновения между очень тяжёлыми атомными ядрами, такими как свинец. Однако физикам из Института Нильса Бора удалось создать первозданную материю, столкнув гораздо меньшие ядра кислорода-16 и неона-20.
|
|
|
|
«Мы раздвинули границы того, насколько малыми могут быть атомные ядра, и при этом воссоздали эту первозданную материю — то, что можно назвать маленьким Большим взрывом. Теперь мы знаем больше о фундаментальных условиях, необходимых для перехода материи в это экстремальное состояние», — говорит доцент Ю Чжоу, возглавлявший эксперимент и до недавнего времени работавший в Институте Нильса Бора в Копенгагенском университете.
|
|
|
|
|
|
|
«Надеюсь, это поможет нам лучше понять, как вела себя плазма в первые мгновения существования Вселенной — и как она впоследствии эволюционировала в те формы материи, из которых состоит всё вокруг нас».
|
|
|
|
При столкновении атомных ядер их составляющие превращаются в крошечную каплю кварк-глюонной плазмы, которая существует в течение ничтожно малой доли секунды. Затем капля чрезвычайно горячей материи расширяется. Исследователи не могут наблюдать плазму напрямую, но они могут измерить частицы, в которые вещество превращается вскоре после столкновения.
|
|
|
|
Здесь выясняется, что характер движения частиц раскрывает форму атомного ядра. В то время как столкновения двух ядер кислорода приводят к образованию более округлой формы, столкновения с участием неона приводят к образованию формы, напоминающей кегли.
|
|
|
|
«Движение частиц из первичного вещества напрямую определяется геометрической формой атомного ядра. Если два ядра, которые мы сталкиваем, сферические, мы получаем одну форму. Если они имеют форму кеглей, мы получаем другую. Изучая движение частиц после столкновения, мы можем получить представление об атомных ядрах, которое физикам трудно получить иным способом», — объясняет научный сотрудник Института Нильса Бора Эмиль Горм Дальбек Нильсен, соавтор исследования.
|
|
|
|
«Это немного похоже на то, как если бы вы направили свет на объект и увидели его тень. Вы не можете увидеть объект непосредственно, но его тень раскрывает его форму. Точно так же движение частиц раскрывает геометрическую форму атомных ядер, присутствующих в начале столкновения».
|
|
|
|
Вопрос о форме и структуре атомных ядер занимает физиков более 70 лет и имеет глубокие корни в Институте Нильса Бора. Действительно, именно работа Ааге Бора о структуре атомного ядра принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1975 году.
|
|
|
|
Форма атомного ядра — это не просто вопрос геометрии. Она показывает, как организованы протоны и нейтроны, и предоставляет важную информацию о сильном взаимодействии — одной из четырех фундаментальных сил природы, которую ученые до сих пор пытаются полностью понять.
|
|
|
|
До сих пор исследователи в основном изучали структуру ядра при низких энергиях, например, изучая вращение и колебания атомных ядер.
|
|
|
|
«Точное понимание ядерной структуры помогает нам понять сильное взаимодействие. Но вместо тщательного исследования ядер при низких энергиях мы сталкиваем их при максимально возможных энергиях и теперь можем считывать их форму по отпечатку, который они оставляют», — говорит Чжоу.
|
|
|
|
Исследователи описывают потенциал этого подхода как возможный сдвиг парадигмы. Если метод будет доработан, он может предоставить новый способ исследования других атомных ядер, структура которых еще недостаточно изучена.
|
|
|
|
Исследователи до сих пор не знают точную границу, за которой может образоваться кварк-глюонная плазма. Поэтому следующим шагом станет проведение экспериментов с еще более легкими ядрами, такими как гелий-4.
|
|
|
|
«Удивительно, что мы можем использовать один и тот же эксперимент как для изучения структуры атомных ядер, так и для лучшего понимания того, что произошло во время рождения Вселенной. Эти два явления оказываются гораздо теснее связаны, чем можно было бы предположить на первый взгляд», — заключает Чжоу.
|
|
|
|
Источник
|
