Тайное становится явным: в Большом адронном коллайдере (БАК), оказывается, была получена материя невероятной плотности

В самом эпицентре

На днях во Франции завершилась конференция Quark Matter 2011, на которой ученые подвели итоги экспериментов, проведенных на БАКе в конце 2010 года - перед отправкой "монстра" на каникулы (кратко они изложены в пресс-релизе CERN). Тогда в коллайдере сталкивали ионы свинца. А прежде там сталкивали почти на скоростях света и разбивали вдребезги лишь протоны - частицы несравненно более легкие. Ученые справедливо расчитывали, что "тяжелые ядра свинца" позволят глубже проникнуть в тайны материи. Так оно вроде бы и вышло, как выяснилось на конференции.

Смысл экспериментов: разбивая частицы, вернуть материю в "первобытное" состояние. В то, когда ее мельчайшие составляющие еще не объединились в протоны и нейтроны, а тем более в атомы. Такие условия, если верить господствующей ныне теории зарождения Вселенной, существовали сразу после Большого Взрыва, в результате которого она - Вселенная - и образовалась. Из некой точки. Примерно 13,7 миллиарда лет назад.

БАК по сути моделировал Большой Взрыв. Сотворял так называемую кварк-глюонную плазму. Это невероятно горячий - до 10 триллионов градусов - "суп" из протоматерии, в состоянии которого Вселенная находилась через доли наносекунд после своего рождения. Сотворив "суп", физики наблюдали за его поведением посредством детекторов ALICE, ATLAS и CMS - гигантских измерительных комплексов, весящих по 10 и более тысяч тонн. Ученые хотели бы понять (в числе прочего), каким образом протоматерия превратилась в обычную - в ту, которая нас сейчас окружает. И какова природа так называемого сильного взаимодействия, за счет которого кварки и глюоны "склеиваются" в протоны и нейтроны.

По словам специалистов ЦЕРН, последствия столкновений встречных пучков протонов позволяли имитировать состояние материи через десять в минус 34-й степени секунды после Большого Взрыва. А столкновение ионов свинца - через десять в минус 11-й степени. То есть, гораздо позднее. Но выражаясь образно, и тот и этот эксперименты приблизили исследователей к самому эпицентру акта творения. По времени, конечно. И по сути, перенесли - пусть в микроскопическом масштабе - почти на 14 миллиардов лет назад.

В мире нет научного инструмента крупнее, чем БАК. И эксперименты на нем соответствующие

Горячо и мокро

Ученые сейчас пытаются понять, что получилось. А некоторые уже делают сенсационные выводы. Например, в университете Бирмингема (University of Birmingham in the U.K) исследователи под руководством доктора Дэвида Эванса (David Evans) полагают: едва появившись, Вселенная вела себя отнюдь не как газ. Как предполагалось ранее. Скорее Вселенная была жидкой. И, выражение "кварк-глюонный суп", которое применяли к первичной материи в ней, возможно, окажется не просто образным.

Кстати, сама гипотеза о том, что сразу после Большого Взрыва Вселенная обладала свойствами жидкости - плотной и сверхгорячей, была выдвинута еще 5 лет назад после экспериментов на американских ускорителях. И вот теперь полоумная вроде бы идея подтверждается.

Как сказано в пресс-релизе французской конференции, плотность произведенной в коллайдере субстанции - той самой кварк-глюонной плазмы - оказалась чудовищной : гораздо больше, чем в недрах нейтронной звезды.

- Вряд ли во Вселенной есть более плотное вещество - разве что в Черных Дырах, - говорит Дэвид Эванс, который ныне возглавляет команду детектора ALICE.

Исследователи уверяют, что один кубический сантиметр этого "супа" - то есть, новорожденной Вселенной - весит 40 миллиардов тон. Температура его несравненно выше, чем в центре Солнца.

А ведет себя "суп" как идеальная жидкость - в которой вообще нет трения. - Если вы размешаете чай в стакане, а потом вытащите ложку, то он - чай - через какое-то время прекратит вращаться. А идеальная жидкость никогда не остановится. Она будет двигаться по кругу до бесконечности, - объясняет суть кварк-глюонной плазмы Дэвид.

Столкновение ионов свинца и породило вещество невероятной плотности - "кварк-глюонный суп", из которого состояла новорожденная Вселенная

Существует и альтернативная точка зрения. Мол, сначала был сотворен невероятно горячий газ, потом он превратился в нечто горячее и жидкое. А уж потом - из этого - постепенно стал "всплывать" окружающий нас мир. Как поплавок в проруби.

В следующих экспериментах ученые планируют увеличить энергию соударений ионов свинца в два раза и выйти на запредельные значения. Соответственно должна возрасти и плотность "кварк-глюонного супа". Не исключено, что наблюдение за ним и позволит точнее разобраться в первичной материи. И определить, жидкая она была или газообразная. Однако рекордных экспериментов с тяжелыми ионами на БАКе и очередных больших взрывов в миниатюре придется подождать до 2013 года.

Большие Взрывы станут еще больше

Еще в сентябре прошлого года на симпозиуме по адронным коллайдерам (Hadron Collider Physics Symposium 2010), проходившем в Канаде, ученые рассказали о перспективах модернизации БАКа в ближайшие 25 лет. Есть планы довести энергию столкновений протонов до 33 тераэлектронвольт (ТэВ). Это более, чем в два раза больше задуманного ныне. Пока энергия столкновений составляет "всего" 7 ТэВ. Но общественность уже паникует: "как бы чего не случилось".

В 2012 году энергию попробуют увеличить до расчетных, но небывалых еще в истории физических экспериментов 14 ТэВ. И можно себе представить, какой "вой" поднимется по этому поводу. Но он не пойдет ни в какое сравнение с тем, который могут спровоцировать грядущие исследования. А именно те самые 33 ТэВ, намеченные на 2035 год.

Ко всему прочему на модернизированном и фантастически мощном БАКе начнут сталкивать и ионы, и протоны, и электроны. И электроны с протонами.

Действительно, страшно…Но интересно.