У глибинах Великого адронного колайдера (ВАК) — найпотужнішого прискорювача частинок у світі — вчені нарешті побачили те, що десятиліттями залишалося невловимим. Йдеться про «дифузійний слід» (diffusion wake), який залишає швидкий кварк або глюон, проходячи крізь кварк-глюонну плазму — надгарячий і щільний «суп» з елементарних складових матерії, схожий на стан Всесвіту в перші мікросекунди після Великого вибуху.
Уявіть собі: два ядра свинцю розганяються до швидкостей, близьких до світлової, і стикаються в детекторі CMS. У цей момент народжується кварк-глюонна плазма — середовище, де кварки та глюони (партони) існують вільно, не ув'язнені всередині протонів і нейтронів. Коли крізь цю плазму пролітає високоенергетичний партон, він втрачає енергію та імпульс, залишаючи за собою збурення, подібне до сліду за човном у воді. Теорія передбачала такий ефект понад 20 років тому, але експериментально його все ніяк не вдавалося вловити впевнено — сигнал був занадто слабким на тлі інших процесів.
Раніше вчені шукали сліди в подіях з джетами (струменями частинок) і Z-бозонами, але шум від інших ефектів маскував картину. Команда під керівництвом дослідників з Університету Іллінойсу в Чикаго (UIC), включаючи Рагхунада Прадхана та Ольгу Євдокимову, застосувала новий підхід. Вони зосередилися на діджетних подіях — коли два джети вилітають майже в протилежних напрямках. Це дозволило краще відокремити сигнал сліду від фону.
Аналіз даних зіткнень свинець-свинець при енергії 5,02 ТеВ на нуклон показав чітку картину: за джетами спостерігається помітне збіднення частинок низького імпульсу (в діапазоні 1–2 ГеВ). Ефект посилюється в центральних, більш «щільних» зіткненнях, де плазми утворюється більше. Значущість перевищила п'ять стандартних відхилень — це рівень, який у фізиці частинок вважається надійним відкриттям.
«Це кульмінація багаторічних пошуків, — зазначила Ольга Євдокимова. — Спостереження та кількісний опис дифузійного сліду відкриває двері до точної характеристики властивостей кварк-глюонної плазми та дає нові insights в еволюцію раннього Всесвіту».
Результати, прийняті до публікації в Physical Review Letters (стаття HIN-25-012), не просто підтверджують теорію. Вони допомагають краще зрозуміти, як поводилася матерія в найперші миті космосу — коли з цієї плазми формувалися перші протони, нейтрони і, зрештою, весь видимий Всесвіт. Плазма поводиться як ідеальна рідина, сильно взаємодіючи з частинками, що проходять через неї, а не як розріджений газ.
Для широкої публіки це нагадування про те, як лабораторії на Землі дозволяють зазирнути в умови, недоступні для прямого спостереження. Кожен новий «слід», спійманий у колайдері, наближає нас до розуміння, як із хаосу перших миттєвостей виник упорядкований космос, у якому ми існуємо. І пошуки, звичайно, тривають.
