Эксперимент STAR на коллайдере RHIC обнаружил признаки кварк-глюонной плазмы при столкновении ядер кислорода. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Они показывают, что подобное состояние материи может возникать и в относительно небольших ядерных столкновениях при сравнительно низкой энергии.
Кварк-глюонная плазма — чрезвычайно горячая и плотная материя, которая, как считают учёные, существовала в ранней Вселенной до образования протонов и нейтронов. Одним из признаков её появления служит потеря энергии частицами, проходящими через такую среду. Это явление называют подавлением струй.
Исследователи изучили данные столкновений ядер кислорода, полученные на RHIC в 2021 году при энергии 200 миллиардов электронвольт. В результате они зафиксировали подавление высокоэнергетических частиц примерно на 20%. Эффект оказался слабее, чем при столкновениях ядер золота, однако, по данным ScienceDaily, его достаточно, чтобы подтвердить образование кварк-глюонной плазмы.
Струи возникают, когда кварки или глюоны сталкиваются и разлетаются в противоположных направлениях, образуя узкие потоки частиц. Если один из таких потоков проходит через плотную среду, он теряет больше энергии. Сравнение центральных столкновений, при которых образуется больше частиц, с периферическими помогло учёным выявить этот эффект.
Ядро кислорода содержит восемь протонов и восемь нейтронов и значительно меньше ядра золота, которое обычно используют в экспериментах RHIC. Его сравнительно симметричная форма также упрощает анализ геометрии столкновений. Полученные данные позволяют исследовать, при каких минимальных размерах системы и энергиях ещё возникают признаки кварк-глюонной плазмы.
Сопоставить результаты RHIC можно с экспериментами на Большом адронном коллайдере, где столкновения ядер кислорода проводились при энергиях свыше 5 тысяч миллиардов электронвольт. При более высокой энергии плазму создать легче, поскольку формируется больше кварков и глюонов. Дополнительные данные о столкновениях кислорода собрали детекторы STAR и sPHENIX во время заключительного этапа работы RHIC.