Fyzici vytvorili tri rôzne tvary kvark-gluónových plazmatických blokov pomocou Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven National Laboratory. Táto plazma je exotický druh hmoty, ktorá naplnila vesmír v prvých milisekundách po Veľkom tresku.
(Obrázok: © Javier Orjuela Koop)
Prvý zlomok sekundy po Veľkom tresku nebol vesmír ničím iným ako extrémne horúcou „polievkou“ kvarkov a gluónov - subatomickými časticami, ktoré by sa stali stavebnými blokmi protónov a neutrónov. Teraz, o 13,8 miliárd rokov neskôr, vedci znovu vytvorili túto prvotnú polievku v laboratóriu.
Pomocou Relativistického ťažkého iónového zrážača v Brookhaven National Laboratory v Uptone v New Yorku, fyzici vytvorili malé kvapky tejto kvark-gluónovej plazmy rozbitím rôznych kombinácií protónov a neutrónov. Vedci zistili, že počas týchto havárií sa kvarky a gluóny, ktoré tvoria protóny a neutróny, rozpadli a správali sa ako kvapalina.
V závislosti od toho, ktorú kombináciu častíc vedci rozbili, tvorili malé, tekuté guľôčky plazmy jeden z troch rôznych geometrických tvarov: kruhy, elipsy alebo trojuholníky. [Images: Peering Back to the Big Bang & Early Universe]
„Náš experimentálny výsledok nás oveľa viac priblížil k odpovedi na otázku, aké najmenšie množstvo hmoty v ranom vesmíre môže existovať,“ uviedla vo vyhlásení fyzik Jamie Nagle, fyzik z University of Colorado Boulder.
Plazmy kvark-gluónu boli prvýkrát vytvorené v Brookhavene v roku 2000, keď vedci rozbili jadrá atómov zlata. Potom vedci z Veľkého hadrónového urýchľovača v Ženeve popierali očakávania, keď vytvorili plazmu rozbitím dvoch protónov. "Bolo to prekvapujúce, pretože väčšina vedcov predpokladala, že osamelé protóny nedokážu dodať dostatok energie, aby vyrobili čokoľvek, čo by mohlo prúdiť ako tekutina," uviedli predstavitelia UC Boulder.
Nagle a jeho kolegovia sa rozhodli otestovať tekuté vlastnosti tohto exotického stavu hmoty vytvorením jeho malých guľôčok. Ak sa plazma skutočne správa ako tekutina, malí guľôčky by mali byť schopné udržať svoj tvar, predpokladali vedci.
„Predstavte si, že máte dve kvapky, ktoré sa rozširujú do vákua,“ povedala Nagle. „Ak sú tieto dve kvapky skutočne blízko seba, potom, ako sa rozširujú, narazia do seba a tlačia proti sebe, a to vytvára tento vzorec.“
"Inými slovami, ak hodíte dva kamene do rybníka blízko seba, vlnky z týchto nárazov budú prúdiť do seba, čím sa vytvorí vzor, ktorý sa podobá elipse," uviedli predstavitelia UC Boulder. „To isté by mohlo platiť, keby ste rozbili protón-neutrónový pár, nazývaný deuterón, na niečo väčšie ... Podobne by sa trio protónu-protónu a neutrónu, známe tiež ako atóm hélia-3, mohlo rozšíriť na niečo podobné na trojuholník. ““
Tým, že narážali tieto rôzne kombinácie protónov a neutrónov na atómy zlata v blízkosti rýchlosti svetla, vedci dokázali urobiť presne to, v čo dúfali: vytvorili eliptické a trojuholníkové guľky plazmy kvark-gluón. Keď vedci udreli jediný atóm protónu na atóm zlata, výsledkom bola kruhová kvapka pravekej polievky.
Tieto kvapky kvark-gluónovej plazmy s krátkou životnosťou dosiahli teploty biliónov stupňov Celzia. Vedci sa domnievajú, že štúdium tohto typu hmoty „by mohlo teoretikom pomôcť lepšie pochopiť, ako sa pôvodná kvark-gluónová plazma vesmíru ochladzovala v priebehu milisekúnd a spôsobila vznik prvých atómov,“ uviedli predstavitelia UC Boulder.
Výsledky tejto štúdie boli publikované 10. decembra v časopise Nature Physics.
