Вселенная начиналась не со звёзд, а с кипящего супа: пространство дрожало от скрытой силы

В первые мгновения после рождения Вселенная напоминала не пустоту и не скопление частиц, а раскалённую и плотную среду, где материя существовала в необычной форме. Эта первичная субстанция вела себя не хаотично, а как цельная среда, способная реагировать на движение частиц. Сегодня физики получили возможность наблюдать, как она буквально "волнуется" и откликается на внешнее воздействие. Об этом сообщает MIT со ссылкой на результаты международного исследования.

Какой была материя сразу после Большого взрыва

Сразу после Большого взрыва привычные нам структуры ещё не существовали. Не было ни атомов, ни ядер, ни устойчивых частиц в современном понимании. Всё пространство было заполнено кварк-глюонной плазмой — экстремально горячим и плотным состоянием вещества, где кварки и глюоны свободно перемещались почти со скоростью света.
Это состояние продлилось лишь доли микросекунды, однако именно в этот период сформировались базовые свойства материи. По мере расширения и остывания Вселенной элементарные частицы начали объединяться, образуя протоны и нейтроны, а затем и атомы. Эти процессы лежат в основе всех последующих космических структур, от первых галактик до сложных систем, которые сегодня фиксируют современные телескопы, включая открытия, сделанные при наблюдении ранней Вселенной.

Воссоздание прасупа в лаборатории

Непосредственно заглянуть в первые мгновения существования Вселенной невозможно, поэтому учёные воспроизводят аналогичные условия в лабораториях. Для этого используется Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, где тяжёлые ионные ядра сталкиваются почти на световой скорости.
В момент таких столкновений протоны и нейтроны теряют свою целостность, а кварки и глюоны высвобождаются, формируя крошечную каплю кварк-глюонной плазмы. Она существует чрезвычайно недолго, но успевает проявить свои ключевые свойства. Несмотря на микроскопические размеры, эта плазма служит моделью того состояния, в котором находилась Вселенная сразу после своего рождения.

Следы кварков и доказательство жидкой природы

Группа исследователей под руководством физиков из Массачусетского технологического института получила прямые доказательства того, что кварк-глюонная плазма ведёт себя как жидкость. Речь идёт не просто о способности течь, а о реакции среды на движение отдельных частиц.
Когда быстрый кварк проходит сквозь плазму, он оставляет за собой характерный след — рябь и завихрения, напоминающие волны за движущимся объектом в воде. Ранее подобное поведение обсуждалось лишь теоретически, но теперь оно подтверждено экспериментально.

"Изучение того, как следы кварков отражаются друг от друга, даст нам новое представление о свойствах кварк-глюонной плазмы", — говорит физик MIT Йен-Джи Ли.

Новый подход и роль Z-бозона

Чтобы зафиксировать этот эффект, исследователи применили нестандартный метод анализа. Вместо поиска пар кварков, летящих в противоположных направлениях, они сосредоточились на редких событиях, где кварк рождается вместе с Z-бозоном. Эта нейтральная частица проходит через плазму, практически не взаимодействуя с ней, и не оставляет возмущений.
В результате Z-бозон становится надёжной точкой отсчёта: любые наблюдаемые волны и завихрения в плазме можно уверенно связать именно с движением кварка. Анализ более чем 13 миллиардов столкновений тяжёлых ионов позволил выделить около 2000 таких случаев. Во всех них фиксировались чёткие следы, соответствующие моделям почти идеальной жидкости с минимальной вязкостью — свойством, которое важно для понимания физики экстремальных состояний материи и дополняет картину процессов, происходивших в ранней Вселенной.

Полученные результаты расширяют представления не только о физике элементарных частиц, но и о первых мгновениях космической истории. Теперь можно с уверенностью говорить, что первичная материя не была статичной или разрозненной — она текла, взаимодействовала и реагировала на возмущения. Наблюдая эти микроскопические следы в лаборатории, учёные фактически получают доступ к застывшим отпечаткам того момента, когда формировались фундаментальные свойства Вселенной.