Температура, невиданная с первой микросекунды рождения Вселенной, была воссоздана учеными, и они обнаружили, что событие развивалось не совсем так, как они ожидали. Считалось, что взаимодействие энергии, вещества и сильного ядерного взаимодействия в сверхгорячих экспериментах, проводимых на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), хорошо изучено. Однако детальное исследование показало, что физики что-то упускают в своей модели устройства Вселенной. Недавняя статья с подробным описанием результатов опубликована в журнале Physical Review Letters.
Основная природа взаимодействий внутри горячей плотной среды или, по крайней мере, ее проявление меняется в зависимости от угла, под которым на нее смотрят. И на данный момент у ученых нет ответа на вопрос — почему это происходит. Фактически, всем кто бьется над разгадкой причин и течения Большого взрыва вручили несколько новых кусочков головоломки, и им предстоит понять, как эта новая картина сочетается со всем, что было расчитано ранее.
В эксперименте PHOBOS в RHIC в Брукхейвене, штат Нью-Йорк, ученые хотели исследовать природу сильного ядерного взаимодействия, которое помогает связывать атомы вместе. Они столкнули два атома золота со скоростью, близкой к скорости света, в попытке создать так называемую "кварк-глюонную плазму". Это очень кратковременное состояние, когда температура в десятки тысяч раз превышает температуру ядер самых горячих звезд.
Частицы этой плазмы устремляются наружу, но не без столкновения с другими частицами. Это немного похоже на попытку выбраться из переполненной комнаты — чем больше людей на вашем пути, тем труднее убежать. Сила взаимодействия между частицами в этом экстримальном веществе определяется сильным взаимодействием, поэтому внимательное наблюдение за потоком частиц может многое рассказать о том, как сильное взаимодействие действует при таких высоких температурах.
Чтобы упростить свои наблюдения, исследователи столкнули круглые атомы золота немного не по центру, чтобы область столкновения была не круглой, а имела форму мяча для американского футбола — заостренную на каждом конце. Это заставит любые струящиеся частицы, выходящие из одного из кончиков этой фигуры, проходить через большее количество горячего вещества, чем частицы, выходящие сбоку. Различия в количестве частиц, вылетающих из острия и со стороны горячей материи, могли бы кое-что рассказать о природе этой горячей материи и, возможно, кое-что о самом сильном взаимодействии.
Но физиков поджидал сюрприз. Прямо там, где столкнулись атомы золота, частицам действительно потребовалось больше времени, чтобы вылететь из кончиков "мяча", чем из боковых сторон, но чем дальше место "выхода" удалялась от точки столкновения, тем меньше становилась разница. Это бросило вызов заветной теории под названием буст-инвариантность.
Помимо того, что ученые упускают из виду часть физической головоломки, полученные данные означают, что полное понимание этих столкновений будет намного сложнее, чем ожидалось. Физики больше не могут измерять только золотую середину, где атомы первоначально столкнулись — теперь они должны измерять всю длину плазмы, превращая двухмерную задачу в трехмерную.
Моделирование и понимание таких столкновений чрезвычайно важно, потому что то, как плазма охлаждается (конденсируясь) может пролить некоторый свет на механизм, который придает материи ее массу. Откуда берется сама масса, было одной из главных загадок физиков на протяжении десятилетий.
