どのようにして宇宙誕生直後のスープを再現し、その「後味」を調べるのか?

調査にあたって研究者たちはまず、巨大な粒子加速器を使って、鉛のように非常に重い原子核を光の速さに極めて近い速度まで加速させます。

そして、この猛スピードで動く原子核同士を正面衝突させるのです。

すると、衝突の瞬間には、宇宙誕生から数マイクロ秒後に存在した超高温・超高密度の「クォークグルーオンプラズマ(QGP)」が生まれます。

この時の衝突点の温度は、なんと太陽の中心温度の10万倍以上、約1兆度という驚異的な高温に達します。

これはまさに、宇宙誕生直後の激しい環境を地球上に小さなスケールで再現しているようなものです。

この激しい衝突によって、クォークやグルーオンを含む大量の粒子が生成されます。

その中には特に重要な役割を果たす重いクォーク(チャームクォークやボトムクォーク)も生まれます。

こうした重いクォークは、生成された瞬間から他の軽い粒子とは異なる動きをします。

質量が大きいため、最初の激しい爆発(クォークグルーオンプラズマ生成直後)でも周囲の軽い粒子ほど高速で飛び出さず、比較的ゆっくりと動き始めるのです。

先にも述べたように重いクォークは、この激しく熱い粒子のスープの中を通り抜ける間、スープの性質(例えば粘度や動きやすさ)を敏感に感じ取りながら進んでいきます。

そして次第にクォークグルーオンプラズマは急速に冷え始め、自由に動き回っていたクォークたちは再び集まり、「ハドロン」と呼ばれる安定した粒子(陽子や中性子など)へと姿を変えていきます。

そして、このハドロン物質の状態になった後でも、重いクォークを含む粒子(例えばDメソンやBメソンなどの重粒子)は、周囲の軽い粒子と何度も衝突しながら、冷めゆく粒子スープの中をゆっくりと通り抜けます。

このプロセスは、例えば、混雑したプールに重いボールを落とした場合を想像すると分かりやすいでしょう。