Spoločným rozbíjaním častíc mohli fyzici vytvoriť najmenšiu kvapku tekutiny vo vesmíre - kvapku horúcej prapôvodnej polievky veľkosti protónov.
Táto časticová polievka je kvark-gluónová plazma, tekutina, ktorá naplnila vesmír počas prvých mikrosekúnd po Veľkom tresku. Je na biliónoch stupňov as takmer žiadnym trením sa krúti rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla.
„Je to najextrémnejšia tekutina, o ktorej vieme,“ uviedla Jacquelyn Noronha-Hostler, teoretická fyzika na Rutgers University v New Jersey.
Fyzici predtým zrazili častice, aby vytvorili túto pravekú polievku. Niektoré experimenty naznačujú, že určité zrážky spôsobujú kvapôčky také malé ako protóny. V novej publikácii, ktorá bola publikovaná 10. decembra v časopise Nature Physics, fyzici z priekopníckeho experimentu s vysokoenergetickou nukleárnou interakciou (PHENIX) uviedli, čo môže byť najpresvedčivejším dôkazom o tom, že takéto kvapôčky môžu byť také malé.
„Je to skutočne pre nás, aby sme prehodnotili naše chápanie interakcií a podmienok tohto druhu toku kvapiek,“ hovorí Jamie Nagle, fyzik z University of Colorado Boulder, ktorý analyzoval údaje v posledných pokusoch. Výsledky by mohli pomôcť fyzikom lepšie porozumieť kvark-gluónovej plazme skorého vesmíru a povahe tekutín.
„Znamená to, že musíme prepísať svoje vedomosti o tom, čo to znamená byť tekutinou,“ uviedla spoločnosť Live Science Noronha-Hostler, ktorá nebola súčasťou nových experimentov.
Pokusy sa uskutočňovali v Relativistickom ťažkom iónovom urýchľovači (RHIC) v Národnom laboratóriu v Brookhavene v New Yorku, kde fyzici vytvorili prvú plazmu kvark-gluón v roku 2005 spojením atómových jadier. Kvarok je základná častica, ktorá tvorí protóny a neutróny, ktoré zase tvoria atómové jadrá. Gluóny sú častice prenášajúce sily, ktoré udržujú kvark pohromade v protóne alebo neutróne prostredníctvom silnej sily, jednej zo základných prírodných síl.
Fyzici predtým predpokladali, že kvapky kvark-gluónovej plazmy musia byť relatívne veľké, uviedla Noronha-Hostlerová. Aby kvapôčka tiekla ako tekutina, premýšľalo, objekt musel byť oveľa väčší ako jeho častice. Napríklad typická kvapka vody je omnoho väčšia ako jej vlastné molekuly vody. Na druhú stranu, malý zhluk, povedzme troch alebo štyroch jednotlivých molekúl vody, by sa nechcel správať ako kvapalina, vedci si mysleli.
Aby sa kvapky kvark-gluónovej plazmy čo najviac zväčšili, fyzici na RHIC narazili na veľké atómové jadrá, ako je zlato, ktoré vytvárajú kvapky podobnej veľkosti - asi 10-krát väčšie ako protón. Fyzici však zistili, že keď narazili na menšie častice, neočakávane zistili náznaky kvapôčok tekutín s veľkosťou protónov - napríklad pri zrážkach medzi protónmi uskutočnenými vo Veľkom Hadronovom zrážači pri Ženeve.
Aby sa zistilo, či by tieto malé kvapôčky mohli skutočne existovať, vystrelili fyzici so detektorom PHENIX na RHIC protóny; deuterónové jadrá, ktoré obsahujú protón a neutrón; a jadrá hélia-3 v zlatej jadre. Ak by tieto kolízie vytvorili tekuté kvapky kvark-gluónovej plazmy, vedci usúdili, že kvapky by mali rôzne tvary v závislosti od toho, čo zasiahli zlaté jadrá. Zasiahnutie protónom by vytvorilo okrúhle kvapôčky; deuterón by vytvoril eliptickú kvapku a hélium-3 by vytvorilo trojuholníkovú kvapku.
Takáto kvapôčka bude žiť iba 100 miliárd miliárd sekúnd za sekundy, než dôjde k intenzívnemu teplu, čo spôsobí, že kvapôčka sa rozrastie tak rýchlo, že exploduje v návale iných častíc.
Meraním tohto úlomku častíc vedci rekonštruovali pôvodnú kvapku. Hľadali eliptické a trojuholníkové tvary v každom z troch typov kolízií, pričom vykonali šesť celkových meraní. Experimenty trvali niekoľko rokov a vedci nakoniec zistili výrečné tvary, čo naznačuje, že zrážky vytvárajú kvapôčky protónovej veľkosti.
„Pri celej sérii šiestich meraní je ťažké vysvetliť iné vysvetlenie, okrem obrázku kvapiek,“ povedal Nagle pre Live Science.
Hoci sú výsledky presvedčivé, Noronha-Hostlerová povedala, že si ešte nie je celkom istá. Vedci stále potrebujú lepšie merania trysiek, ktoré vypukli z kolízií častíc. Keby sa vytvorili drobné kvapôčky tekutiny, nárazmi medzi zlatými jadrami a protónmi, deuterónmi alebo heilum-3 by sa mali vytvoriť vysokorýchlostné častice, ktoré vytvorili prúdy, ktoré by potom prešli cez novo vytvorené kvapky kvark-gluón. Keď prúd prenikol tekutinou, stratila by energiu a spomalila sa, ako guľka putujúca vodou.
Merania však zatiaľ ukazujú, že trysky nestratili toľko energie, ako sa predpokladalo. Budúce experimenty, ako napríklad vylepšená verzia systému PHENIX, ktorá sa má spustiť v roku 2023, by mali fyzikom pomôcť lepšie pochopiť, čo sa deje - a určite určiť, či také drobné kvapôčky môžu existovať, uviedla Noronha-Hostler.
