Fizicienii au creat trei forme diferite de plasma de plasma cu quark-gluon folosind Colliderul relativ ionic greu de la laboratorul național Brookhaven. Această plasmă este un tip de materie exotică care a umplut universul în primele milisecunde după Big Bang.
(Imagine: © Javier Orjuela Koop)
Pentru prima secundă după Big Bang, universul nu a fost altceva decât o „supă” extrem de fierbinte de quark și gluoni - particule subatomice care ar deveni blocurile de construcție ale protonilor și neutronilor. Acum, 13,8 miliarde de ani mai târziu, oamenii de știință au re-creat această supă primordială într-un laborator.
Folosind Relativistic Heavy Ion Collider de la Brookhaven National Laboratory din Upton, New York, fizicienii au generat picături minuscule din această plasmă cu quark-gluon prin împletirea diferitelor combinații de protoni și neutroni. În timpul acestor accidente, cercetătorii au descoperit că quarkurile și gluonii care compuneau protonii și neutronii s-au eliberat și s-au comportat ca un lichid.
În funcție de ce combinație de particule cercetătorii s-au prăbușit, globurile de plasmă minuscule, lichide, au format una dintre cele trei forme geometrice distincte: cercuri, elipse sau triunghiuri. [Imagini: Peering Back to Big Bang & Early Univers]
"Rezultatul nostru experimental ne-a adus mult mai aproape de a răspunde la întrebarea care este cea mai mică cantitate de materie timpurie a universului care poate exista", a declarat Jamie Nagle, fizician la Universitatea din Colorado Boulder, care a participat la studiu.
Plasmele cu quark-gluon au fost create pentru prima dată la Brookhaven în anul 2000, când cercetătorii au împletit nucleele atomilor de aur. Apoi, oamenii de știință de la Big Hadron Collider din Geneva au sfidat așteptările atunci când au creat plasma prin împletirea a doi protoni împreună. "Acest lucru a fost surprinzător, deoarece majoritatea oamenilor de știință au presupus că protonii singulari nu pot furniza suficientă energie pentru a face ceva care ar putea curge ca un fluid", au declarat oficialii UC Boulder în declarație.
Nagle și colegii săi au decis să testeze proprietățile fluide ale acestei stări exotice a materiei, creând globuri minuscule ale acesteia. Dacă plasma se comportă cu adevărat ca un lichid, micile globuri ar trebui să-și poată păstra forma, au prognozat cercetătorii.
"Imaginați-vă că aveți două picături care se extind în vid", a spus Nagle. „Dacă cele două picături sunt într-adevăr strânse, atunci pe măsură ce se extind, ele se aleargă între ele și se împing una împotriva celuilalt, iar asta creează acest tipar.”
"Cu alte cuvinte, dacă aruncați două pietre într-un iaz strâns împreună, ondulările de la aceste impacturi vor curge unele în altele, formând un model care seamănă cu o elipsă", au spus oficialii UC Boulder. "Același lucru ar putea fi valabil dacă ai sparge o pereche proton-neutron, numită deuteron, în ceva mai mare ... De asemenea, un trio proton-proton-neutron, cunoscut și ca atom de heliu-3, s-ar putea extinde în ceva asemănător. la un triunghi ".
Înlănțuind aceste combinații diferite de protoni și neutroni în atomi de aur, aproape de viteza luminii, cercetătorii au reușit să facă exact ceea ce sperau: să creeze blaturi eliptice și triunghiulare de plasmă cu quark-gluon. Când oamenii de știință au aruncat un singur proton în atomul de aur, rezultatul a fost un bloc circular al ciorbei primordiale.
Aceste picături de viață scurtă de plasmă cu quark-gluon au atins temperaturi de trilioane de grade Celsius. Cercetătorii consideră că studierea acestui tip de materie „i-ar putea ajuta pe teoreticieni să înțeleagă mai bine modul în care plasma de quark-gluon inițială a universului s-a răcit peste milisecunde, dând naștere primilor atomi existenți”, au spus oficialii UC Boulder.
Rezultatele acestui studiu au fost publicate pe 10 decembrie în revista Nature Physics.
