Вогонь, гарячіший за Сонце: як учені створили найспекотніше місце у Всесвіті

У цен­трі Сонця — при­бли­зно 15 міль­йо­нів гра­ду­сів. Так, зву­чить вра­жа­ю­че. Але це дитя­чі ігри, якщо порів­ню­ва­ти з тим, що витво­ря­ють учені у своїх лабо­ра­то­рі­ях. Уяви: 5,5 триль­йо­на гра­ду­сів. Це не жарт. Це реаль­но зафі­ксо­ва­на тем­пе­ра­ту­ра під час екс­пе­ри­мен­ту на Великому адрон­но­му колайдері.

Але наві­що так розі­грі­ва­ти Всесвіт? Чи не роз­пла­ви­ться там усе? Ні, нав­па­ки — все почи­на­є­ться саме з плав­ле­н­ня. І з части­нок, яких ми ніко­ли не бачи­мо, але які буду­ють усе, що навколо.

Маленький вибух, великий сенс

Учені, як справ­жні дете­кти­ви, шука­ють від­по­відь на одне з най­біль­ших питань: «А що було одра­зу після Великого вибу­ху?». І від­по­відь кри­є­ться в стані, який нази­ва­є­ться кварк-глю­он­на пла­зма. Це такий суп із еле­мен­тар­них части­нок, де все настіль­ки гаря­че й енер­гій­не, що навіть атоми не можуть утво­ри­тись. Просто натовп квар­ків і глю­о­нів, які ще не зібра­ли­ся в про­то­ни, ней­тро­ни і далі — в усе живе.

Щоб це від­тво­ри­ти, потрібно:

• Взяти ядра важ­ких ато­мів, напри­клад, золо­та (так, дорогоцінного);
• Розігнати їх до майже швид­ко­сті світла;
• І «влу­пи­ти» одне в інше на пов­но­му ходу.

Результат? Крихітна зона, менша за піщин­ку, яка горить тем­пе­ра­ту­рою в міль­йо­ни разів вищою за ядро Сонця. Цей «вогня­ний шар» існує менше ніж мільяр­дну час­тку секун­ди, але його виста­чає, щоб поба­чи­ти, як вигля­дав ран­ній Всесвіт.

RHIC та ВАК: хто жарить краще?

Топові місця, де готу­ють кварк-глю­он­ну пла­зму — це:

• RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) у США;
• Великий адрон­ний колай­дер (ВАК) у Швейцарії.

У RHIC нагрі­ли до 4 триль­йо­нів гра­ду­сів. У БАК пішли далі — 5,5 триль­йо­на! Щоб розу­мі­ти мас­штаб: це понад 366 000 разів гаря­чі­ше за ядро Сонця. Коли ще хтось скаже, що наука нудна — про­сто пока­жіть йому це число.

Ці зіткне­н­ня не про­сто роз­ва­га для фізи­ків. Вони допомагають:

• Тестити кван­то­ву хро­мо­ди­на­мі­ку (це про те, як пра­цює силь­на вза­є­мо­дія в атомах);
• Зрозуміти, як мате­рія пере­хо­дить з одно­го стану в інший;
• І навіть пере­ві­ри­ти тео­рії, які сто­су­ю­ться гра­ві­та­ції та простору-часу.

Чому саме золото?

Не через понти. А через кіль­кість части­нок. Ядро золо­та — важке, у ньому 197 нукло­нів (про­то­нів і ней­тро­нів). Чим біль­ше нукло­нів — тим біль­ше квар­ків і глю­о­нів. А зна­чить, вийде щіль­ні­ша, ста­біль­ні­ша й гаря­чі­ша плазма.

Плюс, золо­то дає чіткі й перед­ба­чу­ва­ні резуль­та­ти. Учені зна­ють, що від нього чека­ти, як із ним пра­цю­ва­ти, які сигна­ли шука­ти. Бо, знову ж таки — усе це три­ває букваль­но мікро­се­кун­ди, і все треба всти­гну­ти зафіксувати.

Чи це небезпечно?

Коротка від­по­відь — ні. Ці мікро­ви­бу­хи такі малі, що не зда­тні зашко­ди­ти навіть най­ближ­чо­му обла­днан­ню. Це як запа­ли­ти сір­ник у морі — так, полум’я буде, але море не помітить.

Навіть якщо там утво­ри­ться щось нове (ска­жі­мо, екзо­ти­чна частин­ка або нестій­ка ком­бі­на­ція квар­ків), вона про­сто роз­па­де­ться мит­тє­во. І зали­шить лише слід, який дете­кто­ри можуть вло­ви­ти й проаналізувати.

Навіщо це все?

Бо ми хоче­мо знати:

• Як Всесвіт вигля­дав у перші мікро­се­кун­ди після народження.
• Чи пра­виль­ні наші тео­рії про будо­ву матерії.
• Як пово­ди­ться мате­рія в екс­тре­маль­них умовах.

Це не про­сто нау­ко­ва ціка­вість — це фун­да­мент, який дозво­ляє буду­ва­ти май­бу­тнє. Від енер­ге­ти­ки до астро­фі­зи­ки. Бо розу­мі­н­ня при­ро­ди мате­рії = нові техно­ло­гії, які ще навіть не придумали.

Так, сьо­го­дні нау­ков­ці можуть від­тво­ри­ти умови Великого вибу­ху. У міні­а­тю­рі. У лабо­ра­то­рії. І вони не про­сто це роблять зара­ди фану (хоча кому не спо­до­ба­є­ться зіткну­ти атоми на сві­тло­вій швид­ко­сті?), а щоб від­по­ві­сти на най­глиб­ші запи­та­н­ня про світ. Кожен такий мікро­ви­бух — це крок до розу­мі­н­ня, як усе поча­ло­ся. І хто знає, можли­во, насту­пна вели­ка ідея зро­сте саме з цього вогня­но­го «мікро­ко­смо­су».