В първата милисекунда след Големия взрив "супата" е била неочаквано гъста

За първи път е наблюдаван кварк да преминава в първичната плазма. Експериментът в ЦЕРН предлага рядък поглед към първите моменти след Големия взрив.

Ваня Милева Последна промяна на 20 February 2026 в 00:00 27435 0

Цветно изображение показва опалесцираща сфера, която издълбава ивица през повърхност с цветовете на дъгата, оставяйки бели ивици зад себе си.

Кредит Jose-Luis Olivares, MIT
Илюстрация на кварк, прелитащ през кварк-глюонна плазма, която е изпълнила Вселената през първите милисекунди след Големия взрив. Физиците са доказали, че подобни взаимодействия оставят ясна "следа" след себе си, което доказва, че тази първична плазма е била супа.

Тежки сблъсъци в Големия адронен колайдер разкриват най-слабата следа от следа, оставена от кварк, пресичащ ядрена материя с трилиони градуса - намек, че първичната супа на Вселената може буквално да е била по-гъста, отколкото са предполагали космолозите.

Новите открития от колаборацията Compact Muon Solenoid (CMS) на Големия адронен колайдер (LHC) показват първите ясни доказателства за фин "спад" в производството на частици зад високоенергиен кварк, докато той преминава през кварк-глюонна плазма - капчица първична материя, за която се смята, че е изпълнила Вселената микросекунди след Големия взрив.

Проучване, описващо резултатите, публикувано на 25 декември 2025 г. в списание Physics Letters B, предоставя интригуващ поглед към Вселената в първите ѝ мигове.

Снимка на детектора Compact Muon Solenoid (CMS) в Големия адронен колайдер, който е провел новите експерименти Снимка на детектора Compact Muon Solenoid (CMS) в Големия адронен колайдер, който е провел новите експерименти. Кредит: Hertzog, Samuel Joseph: CERN

Пресъздаване на условията от ранната Вселена в лабораторията

Когато тежки атомни ядра се сблъскват с почти светлинна скорост вътре в LHC, те за кратко се стопяват в екзотично състояние, известно като кварк-глюонна плазма.

В тази екстремна среда "плътността и температурата са толкова високи, че се разпада правилната атомна структура", обяснява пред Live Science И Чън (Yi Chen), доцент по физика в университета Вандербилт и член на екипа на CMS. Вместо това "всички ядра се припокриват и образуват така наречената кварк-глюонна плазма, където кварките и глуоните могат да се движат отвъд границите на ядрата. Те се държат по-скоро като течност."

Тази плазмена капчица е изключително малка – около 10⁻¹⁴ метра в диаметър, или 10 000 пъти по-малка от атом – и изчезва почти мигновено. И все пак, в рамките на тази мимолетна капчица, кварки и глуони – основните носители на силното ядрено взаимодействие, което държи атомните ядра заедно – текат заедно по начини, които наподобяват по-скоро ултрагореща течност, отколкото обикновен газ от частици.

Физиците искат да разберат как енергийните частици взаимодействат с тази странна среда.

"В нашите изследвания искаме да проучим как различните неща взаимодействат с малката капчица течност, която се създава при сблъсъците", посочва Чън. "Например как би преминал високоенергиен кварк през тази гореща течност?"

Теорията предсказва, че кваркът ще остави забележима следа в плазмата зад себе си, подобно на следа след лодка, движеща се във вода.

"Ще имаме вода, избутвана напред заедно с лодката в същата посока, но също така очакваме малък спад на нивото на водата зад лодката, защото водата се избутва", обяснява Чън.

На практика обаче, разплитането на "лодката" от "водата" далеч не е лесно. Плазмената капка е мъничка и експерименталната резолюция е ограничена. В предната част на пътя на кварка, кваркът и плазмата взаимодействат интензивно, което затруднява определянето кои сигнали от кой идват. Но зад кварка, следата – ако има такава – трябва да е свойство на самата плазма.

"Искахме да открием тази малка вдлъбнатина от задната страна", разказва Чън.

Z бозоните са детекторът

За да изолират тази следа, екипът се обърнал към специална частица: Z бозона, един от носителите на слабото ядрено взаимодействие - едно от четирите фундаментални взаимодействия, заедно с електромагнитните, силните и гравитационните сили - отговорни за определени атомни и субатомни процеси на разпад. При определени сблъсъци Z бозон и високоенергиен кварк се произвеждат заедно, като се отдръпват в противоположни посоки.

Изображение на сини и зелени ивици, излъчващи се от тъмен централен кръг, всички на черен фон Илюстрация на последствията от високоенергиен сблъсък, създал кварк-глюонна плазма в релативистичния ускорител на тежки йони на лабораторията Брукхейвън. Кредит: Brookhaven National Laboratory

Тук Z бозонът става ключов.

"Z бозоните са отговорни за слабото взаимодействие и що се отнася до плазмата, Z просто се изплъзва и изчезва от картината", обяснява Чън. За разлика от кварките и глуоните, Z бозоните почти не взаимодействат с плазмата. Те оставят зоната на сблъсък невредими, предоставяйки ясен индикатор за първоначалната посока и енергия на кварка.

Тази установка позволява на физиците да се фокусират върху кварка, докато той преминава през плазмата, без да се притесняват, че частицата - негов партньор - е била деформирана от средата. По същество Z бозонът служи като калибриран маркер, което улеснява търсенето на фини промени в производството на частици зад кварка.

Екипът на CMS измерва корелациите между Z бозоните и адроните – съставни частици от кварки – възникващи от сблъсъка. Чрез анализ на това колко адрони се появяват в "обратна" посока спрямо движението на кварка, те успяват да търсят прогнозираната следа.

Малък, но важен сигнал

Резултатът е едва доловим.

"Средно, в обратна посока, виждаме промяна от по-малко от 1% в количеството плазма", разказва Чън. "Това е много малък ефект (и отчасти това е причината, поради която е трябвало толкова време да се демонстрира експериментално)."

И все пак, това потискане от по-малко от 1% е точно този вид знак, който се очаква от кварк, прехвърлящ енергия и импулс към плазмата, оставяйки след себе си вдлъбната област. Екипът съобщава, че това е първият път, когато подобен спад е ясно открит в Z-маркирани събития.

Формата и дълбочината на вдлъбнатината кодират информация за свойствата на плазмата. Връщайки се към аналогията си, Чън отбелязва, че ако водата тече лесно, вдлъбнатината зад лодка се запълва бързо. Ако се държи по-скоро като мед, вдлъбнатината се задържа.

"Така че изучаването на това как изглежда тази вдлъбнатина... ни дава информация за самата плазма, без усложнението от лодката", допълва тя.

Констатациите имат и космологични последици. Смята се, че ранната Вселена, малко след Големия взрив, е била изпълнена с кварк-глюонна плазма, преди да се охлади до протони, неутрони и евентуално атоми.

"Тази ера не е пряко наблюдаема с телескопи", отбелязва Чън. "Вселената е била непрозрачна тогава." Сблъсъците на тежки йони предоставят "малък поглед върху това как Вселената се е държала през тази ера", добавя тя.

Засега наблюдаваният спад е "само началото", заключава Чън. "Вълнуващото значение на тази работа е, че тя открива нова възможност за по-задълбочено разбиране на свойствата на плазмата. С натрупването на повече данни ще можем да изучаваме този ефект по-прецизно и да научим повече за плазмата в близко бъдеще."

Справка: Collaboration, C. (2025). Evidence of medium response to hard probes using correlations of Z bosons with hadrons in heavy ion collisions. Physics Letters B, 140120. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.140120

Източник: Physicists recreated the first millisecond after the Big Bang — and found it was surprisingly soupy

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !