Ранняя Вселенная была в 250 000 раз горячее ядра нашего Солнца. Такая высокая температура не позволяла протонам и нейтронам, составляющим основу «повседневной» материи, формироваться. Чтобы изучить условия ранней Вселенной, учёные используют ускорители частиц, сталкивая атомы друг с другом почти со скоростью света.
Измерение потока частиц, возникающего в результате таких столкновений, помогает понять, как образовалась материя. Однако, частицы, которые измеряются, могут образовываться различными способами: из первоначального «супа» из кварков и глюонов или в результате более поздних реакций.
Эти более поздние реакции начались через 0,000001 секунды после Большого взрыва, когда составные частицы, состоящие из кварков, начали взаимодействовать друг с другом. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Physics Letters B, показало, что до 70% некоторых измеренных частиц происходят из этих более поздних реакций, а не из реакций, подобных тем, что происходили в ранней Вселенной.
Это открытие значительно улучшает научное понимание происхождения материи. Оно помогает определить, какая часть материи вокруг нас образовалась в первые доли секунды после Большого взрыва, а какая часть — в ходе более поздних реакций по мере расширения Вселенной. Результаты исследования подразумевают, что большие объёмы материи вокруг нас образовались позже, чем ожидалось.
Чтобы правильно интерпретировать результаты экспериментов на коллайдере, учёные должны «вычесть» частицы, образовавшиеся в более поздних реакциях, — только те, которые образовались в субатомном «супе», раскрывают ранние условия Вселенной. Новый расчёт показывает, что число измеренных частиц, образованных в реакциях, намного выше ожидаемого.
В 1990-х годах физики обнаружили, что некоторые частицы, такие как D-мезоны, могут взаимодействовать, образуя редкую частицу, чармоний, в значительных количествах в более поздних реакциях после начальной фазы формирования Вселенной. Однако, учёные не пришли к единому мнению о том, насколько важен этот эффект, поскольку чармоний редок и его трудно измерить.
Физики из Йельского университета и Университета Дьюка использовали новые данные для расчёта силы этого эффекта. Она оказалась гораздо более значительной, чем ожидалось. Более 70% измеренного чармония могло образоваться в реакциях.
По мере того, как горячий «суп» субатомных частиц остывает, он расширяется. Всё это происходит менее чем за сотую часть времени, необходимого свету, чтобы пересечь атом. Поскольку это происходит так быстро, учёные не уверены, как именно происходит расширение. Однако, новый расчёт показывает, что не обязательно знать эти подробности, поскольку столкновения производят значительное количество чармония независимо от этого.
Новый результат приближает учёных к пониманию происхождения материи, помогая определить, какая часть материи вокруг нас образовалась в первые доли секунды после Большого взрыва, а какая часть — в ходе более поздних реакций по мере расширения Вселенной.
