Մեծ հադրոնային կոլայդերի (ՄՀԿ) վրա աշխատող գիտնականները ստացել են մինչ օրս ամենամանրամասն պատկերացումը քվարկ-գլյուոնային պլազմայի մասին՝ նյութի էքստրեմալ վիճակի, որը գոյություն է ունեցել Տիեզերքում Մեծ պայթյունից հետո առաջին իսկ վայրկյաններին:

Ռեկորդային հայացք Տիեզերքի առաջին վայրկյանների բաժիններին

ՄՀԿ-ի ALICE (A Large Ion Collider Experiment) փորձարկման շրջանակներում ֆիզիկոսները լույսի արագությանը մոտ արագությամբ բախել են երկաթի միջուկները և վերստեղծել քվարկ-գլյուոնային պլազման՝ ազատ քվարկներից և գլյուոններից բաղկացած տաք և գերխիտ «ապուրը», որը լցնում էր Տիեզերքը նրա գոյության առաջին միկրովայրկյաններին:

Գլխավոր հայտնագործությունն այն է, որ մասնիկների բնութագրական «հոսքը», որը նախկինում դիտվում էր միայն ծանր միջուկների (օրինակ՝ կապարի) բախումների ժամանակ, այժմ վստահորեն ֆիքսվել է նաև շատ ավելի թեթև բախումներում՝ պրոտոնների միջև, ինչպես նաև պրոտոնների և կապարի միջուկների միջև:

«Սա առաջին դեպքն է, երբ մենք դիտում ենք հոսքի այս բնութագրական օրինաչափությունը իմպուլսների լայն տիրույթում և մասնիկների մի քանի տեսակների համար պրոտոն-պրոտոնային բախումների ենթաբազմությունում, որտեղ առաջանում է մասնիկների անսովոր մեծ քանակություն», — հայտարարել է ALICE փորձարկման ֆիզիկական համակարգող Դևիդ Դոբրիգկեյտ Չինելլատոն:

Ի՞նչ է անիզոտրոպ հոսքը

Քվարկ-գլյուոնային պլազմայի առաջացման հիմնական նշաններից մեկը անիզոտրոպ հոսքն է. մասնիկները բախման գոտուց դուրս են թռչում ոչ թե բոլոր կողմերով հավասարաչափ, այլ գերազանցապես որոշակի ուղղություններով:

Գիտնականները պարզել են, որ միջանկյալ արագությունների դեպքում այս հոսքի ուժգնությունը կախված է նրանից, թե քանի քվարկ է մտնում մասնիկի կազմի մեջ.

  • Բարիոնները (բաղկացած են երեք քվարկից) ցուցադրում են ավելի ուժեղ հոսք,
  • Մեզոնները (բաղկացած են երկու քվարկից)՝ ավելի թույլ:

Այս էֆեկտը բացատրվում է քվարկների կոալեսցենցիայի (միաձուլման) գործընթացով. որքան շատ քվարկ է միավորվում մեկ մասնիկի մեջ, այնքան ուժեղ է այն «որսում» պլազմայի հավաքական շարժումը:

Կարևոր բեկում

Նախկինում համարվում էր, որ քվարկ-գլյուոնային պլազմայի առաջացման համար անհրաժեշտ են ծանր միջուկների շատ հզոր բախումներ: ALICE-ի նոր տվյալները ցույց են տալիս, որ նույնիսկ համեմատաբար «թեթև» պրոտոն-պրոտոնային և պրոտոն-կապարային բախումներում, եթե դրանցում ծնվում է մեծ քանակությամբ մասնիկներ, առաջանում է մի համակարգ, որն իրեն պահում է որպես ընդարձակվող քվարկ-գլյուոնային պլազմա:

«Մեր արդյունքները հաստատում են այն հիպոթեզը, որ քվարկների ընդարձակվող համակարգը առկա է նույնիսկ այն ժամանակ, երբ բախման համակարգի չափը փոքր է», — ընդգծել է Չինելլատոն:

Ի՞նչ է սպասվում հետո

Չնայած զգալի առաջընթացին՝ տեսության և փորձի միջև մնում են չնչին անհամապատասխանություններ: Գիտնականները հույս ունեն, որ դրանք կհաջողվի վերացնել նոր տվյալների օգնությամբ: 2025 թվականին ՄՀԿ-ում արդեն անցկացվել են թթվածնի միջուկների բախումներ, ինչը միջանկյալ տարբերակ է պրոտոնների և կապարի ծանր միջուկների միջև:

«Մենք ակնկալում ենք, որ թթվածնային բախումների օգնությամբ, որոնք ձայնագրվել են 2025 թվականին և որոնք լրացնում են պրոտոնային և կապարային բախումների միջև առկա բացը, մենք կստանանք նոր պատկերացումներ (insights) տարբեր բախման համակարգերում քվարկ-գլյուոնային պլազմայի բնույթի և էվոլյուցիայի վերաբերյալ», — հայտարարել է ALICE փորձարկման պաշտոնական ներկայացուցիչ Կայ Շվեդան:

Կարճ ասած

Մեծ հադրոնային կոլայդերը ALICE փորձարկման շրջանակներում առաջին անգամ ցույց է տվել, որ մասնիկների հավաքական հոսքը, որը հատուկ է քվարկ-գլյուոնային պլազմային (նյութի վիճակը Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո), առաջանում է նույնիսկ պրոտոնների և պրոտոնների ու կապարի միջուկների համեմատաբար փոքր բախումների ժամանակ: Սա նշանակում է, որ վաղ Տիեզերքին մոտ պայմանները կարող են ստեղծվել ավելի փոքր էներգիաների և համակարգի չափերի դեպքում, քան նախկինում համարվում էր: Հետազոտությունը հրապարակվել է մարտի 20-ին Nature Communications ամսագրում: