Физики воссоздали вещество первых микросекунд после Большого взрыва — и проследили его эволюцию в реальном времени

В коллайдере CERN происходят столкновения ядер свинца, разогнанных навстречу друг другу почти до скорости света. В этих экстремальных условиях сталкиваются не только сами ядра, но и составляющие их кварки и глюоны — частицы, взаимодействующие через сильное взаимодействие. В результате образуется огромное количество новых частиц — примерно в сто раз больше, чем было изначально.

Все эти десятки тысяч частиц — около 30 000 — не просто летают поодиночке. Они мгновенно образуют нечто гораздо более сложное: жидкость, состоящую из элементарных капель размером порядка 10^–14 метра, в которой исчезает индивидуальность каждой частицы. Поведение этой субатомной жидкости описывается с помощью всего нескольких параметров — например, температуры, достигающей колоссальных 2,5 триллионов градусов, и скорости потока.

В 2024 году теоретики из Института теоретической физики CEA в Париж-Сакле предложили новый способ изучения этих коллективных эффектов. Суть метода — в отслеживании незначительных изменений температуры, от столкновения к столкновению. Температура в разных событиях немного отличается — на доли процента — но при этом остаётся равномерной во всех направлениях внутри одного столкновения. Это значит, что независимо от угла, под которым вылетают частицы, они исходят из среды с одинаковой температурой.

Именно эту гипотезу проверили коллаборации ATLAS и ALICE — две из четырёх крупнейших научных команд, работающих с данными LHC. Их измерения подтвердили: температура действительно одинакова во всех направлениях, и зависимость от угла отсутствует. Это говорит о том, что частицы "всплывают" из однородной горячей среды, как пузырьки в кипящей воде.

Кроме того, учёные проанализировали, как меняется спектр частиц — то есть, вероятность вылета частиц с разной скоростью — при небольшом повышении температуры. Как и предсказывает гидродинамика, при более высокой температуре медленных частиц становится меньше, а быстрых — больше.

Во всём, кроме самых быстрых частиц, результаты точно совпали с теоретическими расчётами. Эти сверхэнергичные частицы, по мнению исследователей, покидают зону столкновения ещё до того, как успевает сформироваться жидкость, и поэтому выпадают из общей картины.

Итоги работы были представлены на конференции Quark Matter 2025 во Франкфурте, где собрались около тысячи учёных. Предварительные публикации доступны на сервере препринтов arXiv.