Протон треснул — и заговорил: расшифрован хаос первых микросекунд Вселенной

Физики из международной коллаборации при участии Университета Ювяскюля разработали новые вычислительные модели, позволяющие точнее описывать начальные условия при столкновениях атомных ядер на околосветовых скоростях. В таких экстремальных процессах протоны и нейтроны распадаются на кварки и глюоны — фундаментальные частицы, формирующие материю. Именно в этот краткий момент образуется кварк-глюонная плазма (QGP), состояние вещества, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва.

Главная трудность изучения плазмы заключается в том, что её характеристики напрямую зависят от исходных параметров столкновения: формы и плотности ядер, распределения энергии и направлений потоков вещества. Без учёта этих факторов невозможно корректно определить свойства QGP. Чтобы справиться с задачей, исследователи создали усовершенствованные компьютерные симуляции, решающие уравнения квантовой хромодинамики. Эти модели показали, как меняется внутренняя структура протонов и ядер при различных энергиях столкновения. Обновлённые расчёты значительно лучше согласуются с экспериментами, что позволяет глубже понять механизмы образования кварк-глюонной плазмы.

Как отметил доцент Хейкки Мянтюсаари из Университета Ювяскюля, «улучшение моделей позволяет точнее измерять свойства кварк-глюонной плазмы и лучше понять, как ведёт себя ядерное вещество в экстремальных условиях, подобных тем, что существовали сразу после Большого взрыва». Особая ценность этих наработок заключается в том, что они сближают теорию и практику: данные, полученные в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL, США) и в ЦЕРНе (Швейцария), теперь гораздо точнее совпадают с теоретическими прогнозами.

Учёные подчёркивают, что объединение экспериментальных наблюдений с теоретическими достижениями открывает путь к более детальному исследованию QGP. Следующим шагом станет запуск Электрон-ионного коллайдера в Брукхейвене в 2030-х годах: он позволит получить новые данные, которые дополнят существующие.

Особое место в этих исследованиях занимает Центр передового опыта по изучению кварк-материи в Ювяскюля, финансируемый Исследовательским советом Финляндии. Его цель — раскрыть природу сильного взаимодействия, силы, удерживающей кварки и глюоны внутри протонов и нейтронов. По словам Мянтюсаари, международное сотрудничество играет ключевую роль: эксперименты становятся всё сложнее, и крайне важно, чтобы теоретики и экспериментаторы одинаково понимали, какие параметры измеряются и как они описываются математически. Такая совместная работа обеспечивает дальнейший прогресс в области.