Тяжёлые кварки раскрывают тайны ранней Вселенной экспресс
В 2010 году физики на Большом адронном коллайдере впервые получили кварк-глюонную плазму — состояние вещества, в котором кварки и глюоны свободны, как вода в паре, а не заперты внутри протонов и нейтронов. Теперь коллаборация ALICE изучила, как в такой среде движутся очарованные частицы — те, что содержат тяжёлый c-кварк. Стандартная модель предсказывает, что c-кварки должны рождаться в первые мгновения столкновения и затем взаимодействовать с плазмой, как ложка в мёде.
Учёные столкнули ядра свинца при энергии 5,36 ТэВ на пару нуклонов и восстановили траектории D-мезонов и лямбда-барионов по их распадам. Оказалось, что лямбда-барионы, состоящие из трёх кварков, сильнее «выстроены» по направлению плоскости столкновения, чем D-мезоны из двух кварков. Разница в 3,7 сигмы — это как если бы в потоке машин грузовики чаще прижимались к обочине, чем легковушки.
Такое поведение объясняется механизмом слияния кварков: лёгкие кварки из плазмы «прилипают» к тяжёлому c-кварку, образуя барион. Это как если бы в толпе бегунов один тяжёлый бегун собирал вокруг себя попутчиков, и вся группа двигалась бы слаженнее. Если бы частицы образовывались независимо, разницы бы не было. Значит, очарованные частицы действительно чувствуют коллективное течение плазмы.
Этот результат — ещё один кирпичик в понимание того, как вела себя материя в первые микросекунды после Большого взрыва. Тогда Вселенная была заполнена такой же кварк-глюонной плазмой, и именно из неё позже собрались протоны и нейтроны, а затем — атомы, звёзды и планеты.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.18966
The ALICE collaboration reports the azimuthal-anisotropy coefficient $$v_2$$ of prompt D$$^0$$, D$$^+$$, D$$^+_{\rm s}$$ mesons and the first measurement of $$v_2$$ of prompt $$\Lambda_{\rm c}$$ baryons in semicentral Pb$$-$$Pb collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of $$\sqrt{s_{\rm NN}} = 5.36$$ TeV. The D mesons and $$\Lambda_{\rm c}$$ baryons are reconstructed in their hadronic decays at midrapidity ($$ |y|<0.8$$) in the transverse-momentum interval $$0.5< p_{\rm T} < 24$$ GeV/$$c$$. Similar $$v_2$$ values are measured for D$$^0$$ and D$$^+$$, while a hint of a difference ($$2.6\sigma$$) emerges between D$$^0$$ and D$$^+_{\rm s}$$ mesons in the $$1 < p_{\rm T} < 5 $$ GeV/$$c$$ interval. A larger $$v_2$$ for $$\Lambda_{\rm c}$$ baryons with respect to D$$^0$$ mesons is observed with $$3.7\sigma$$ significance for $$4 < p_{\rm T} < 12$$ GeV/$$c$$, providing evidence for the partonic origin of charm-hadron $$v_2$$ and hadron formation via quark coalescence. This interpretation is further supported by comparisons with theoretical calculations of charm-quark transport in a hydrodynamically expanding medium.
Кварк-глюонная плазма была впервые получена на коллайдере RHIC в 2005 году, а на Большом адронном коллайдере её изучают с 2010 года. Температура этой плазмы достигает 5,5 триллионов градусов — это в 100 000 раз горячее центра Солнца.
В романе «Кварки» Айзека Азимова описана цивилизация, научившаяся извлекать энергию из кварковых взаимодействий, — идея, перекликающаяся с изучением кварк-глюонной плазмы как источника энергии ранней Вселенной.