Будівельні блоки матерії в нашому всесвіті були сформовані в перші 10 мікросекунд її існування, згідно з прийнятою в даний час науковою картиною. Після Великого Вибуху близько 13,7 мільярдів років тому речовина складалася в основному з кварків і глюонів, двох типів елементарних частинок, взаємодія яких регулюється квантовою хромодинамікою (КХД), теорією сильної взаємодії. У ранньому Всесвіті ці частинки майже вільно переміщалися в кварк-глюонній плазмі. Потім у фазовому переході вони об'єдналися і утворили адрони, в тому числі будівельні блоки атомних ядер, протонів і нейтронів.
У поточному випуску журналу «Nature» міжнародна команда вчених представила аналіз серії експериментів на великих прискорювачах частинок, які проливають світло на природу цього переходу. Вчені з високою точністю визначили температуру переходу і отримали нове уявлення про механізм охолодження і заморожування кварк-глюонної плазми в поточні складові речовини, такі як протони, нейтрони і атомні ядра.
Рекордні експерименти з високою енергією з детектором ALICE на Великому адронному колайдері (БАК) в дослідницькому центрі ЦЕРН виробили речовину, в якій частинки і античастинки співіснували в рівних кількостях, аналогічно умовам раннього Всесвіту. Команда підтвердила шляхом аналізу експериментальних даних, що фазовий перехід між кварк-глюонною плазмою і адронною речовиною відбувається при температурі 156 МеВ, що в 120 000 разів вище, ніж у надрах Сонця.
"Наші дослідження виявили низку дивовижних відкриттів. Одне з них полягає в тому, що легкі ядра і їхні античастинки утворюються при тій же температурі, що і протони і антипротони, хоча їх енергії зв'язку приблизно в 100 разів менше енергії, відповідної температурі переходу ", - кажуть дослідники.
Вчені припускають, що такі «слабо пов'язані об'єкти» формуються при високій температурі спочатку у вигляді компактних багатокваркових об'єктів, які тільки пізніше розвиваються в спостережувані легкі ядра і антиядра. Існування таких багатокваркових станів було запропоновано давно, але переконливих доказів досі не було знайдено.
В експерименті ALICE вчені з 41 країни досліджували стан Всесвіту протягом декількох мікросекунд після Великого Вибуху, спостерігаючи зіткнення між ядрами свинцю. При таких зіткненнях утворюються найвищі за всю історію людства щільності енергії. Вони утворюють матерію (кварків і глюонів), як вона існувала в той час у ранньому Всесвіті.
При кожному лобовому зіткненні утворювалися понад 30 000 частинок (адронів), які потім виявлялися в експерименті ALICE. У цьому дослідженні також використовувалися дані експериментів на прискорювачах нижчих енергій, Надпротонному синхротроні в ЦЕРНі і релятивістському колайдері важких іонів у Національній лабораторії США - Брукхейвен на Лонг-Айленді, в Нью-Йорку.