Физики, столкнув ядра золота почти на скорости света, обнаружили необычное изменение в поведении частиц, возникающих после таких столкновений. Результат эксперимента STAR на Коллайдере релятивистских тяжёлых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории может помочь изучить переход ранней Вселенной от горячей плазмы кварков и глюонов к протонам и нейтронам. Исследование опубликовано 22 сентября в журнале Physical Review Letters.
Учёные изучали, насколько сильно заряженные частицы разлетаются в стороны, то есть их поперечный импульс. Они проанализировали около 1 млрд столкновений при энергиях от 3 до 7,7 ГэВ на пару сталкивающихся протонов или нейтронов, тогда как весь диапазон RHIC достигает 200 ГэВ. При снижении энергии в установке использовали режим фиксированной мишени: пучок ядер золота направляли на тонкую золотую фольгу внутри детектора. Такой метод позволяет получить наиболее плотное вещество, создаваемое на RHIC.
Исследователи сравнили частицы внутри каждого события и выяснили, насколько согласованно менялась сила их бокового разлёта. Такие корреляции отражают колебания температуры и движения образовавшегося огненного шара. Обычно при изменении энергии столкновений показатель должен меняться плавно, однако в наиболее лобовых столкновениях он сначала уменьшался, а затем снова возрастал.
Отклонение от плавной зависимости достигло статистической значимости в 5 сигм. Это означает, что при действительно плавном тренде подобный результат мог бы возникнуть случайно примерно один раз за 3,5 млн попыток. Компьютерная модель, в которой критическая точка отсутствует, воспроизвела общую тенденцию, но не смогла повторить обнаруженный провал; в столкновениях с отклонением от лобового направления аналогичный эффект оказался слишком слабым.
Наблюдение может указывать на критическую точку — особый набор условий, при которых ядерное вещество меняет характер перехода из одного состояния в другое. При очень высокой температуре переход в плазму кварков и глюонов должен происходить постепенно, а при большей плотности он способен стать резким. Ранее физики предполагали, что такую область удастся исследовать на RHIC при низких энергиях.
При этом результат пока считают признаком, а не доказательством существования критической точки: на измерения могут влиять и другие процессы. Следующим этапом станет определение теплоёмкости горячего вещества и сравнение данных с расчётами поведения кварков и глюонов, выполненными на суперкомпьютерах. Команда также намерена проверить эффект по другим теоретическим моделям и сопоставить его с колебаниями числа протонов, поскольку подтвердить критическую точку можно будет только при согласии разных измерений.