Fiziki so v nacionalnem laboratoriju v Brookhavenu z uporabo relativističnega težkega ionskega trkalnika ustvarili tri različne oblike plastnih blokov kvark-gluon. Ta plazma je eksotična vrsta snovi, ki je napolnila vesolje v prvih milisekundah po velikem udaru.
(Slika: © Javier Orjuela Koop)
Prvi del sekunde po velikem udaru vesolje ni bilo nič drugega kot izredno vroča "juha" kvarkov in gluonov - subatomskih delcev, ki bi postali gradniki protonov in nevtronov. Zdaj, 13,8 milijarde let kasneje, so znanstveniki to prvotno juho znova ustvarili v laboratoriju.
S pomočjo relativističnega težkega ionskega trkalnika v Brookhaven National Laboratory v Uptonu v New Yorku so fiziki ustvarili drobne kapljice te kvark-gluonske plazme, tako da so razbili različne kombinacije protonov in nevtronov. Med temi trki so se kvarki in gluoni, ki so sestavljali protone in nevtrone, lomili in se obnašali kot tekočina, so ugotovili raziskovalci.
Glede na to, katero kombinacijo delcev so raziskovalci zdrobili, so drobni, tekočini podobni plazmi tvorili eno od treh različnih geometrijskih oblik: kroge, elipse ali trikotnike. [Slike: Peering Back to Big Bang & Early Vesolju]
"Naš eksperimentalni rezultat nas je precej približal odgovoru na vprašanje, kaj je najmanjša količina zgodnje vesoljske snovi, ki lahko obstaja," je v izjavi povedal Jamie Nagle, fizik z univerze v Colorado Boulder, ki je sodeloval v raziskavi.
Quark-gluonske plazme so bile prvič ustvarjene v Brookhavenu leta 2000, ko so raziskovalci razbili jedra zlatih atomov. Nato so znanstveniki na velikem hadronskem trkalniku v Ženevi ovrgli pričakovanja, ko so ustvarili plazmo, tako da so razbili dva protona skupaj. "To je bilo presenetljivo, saj je večina znanstvenikov domnevala, da osamljeni protoni ne morejo oddati dovolj energije, da bi lahko karkoli tekali kot tekočina," so v izjavi zapisali uradniki UC Boulder.
Nagle in njegovi sodelavci so se odločili, da bodo preizkusili tekočinske lastnosti tega eksotičnega stanja snovi, tako da so ustvarili drobne kroglice. Če se plazma resnično obnaša kot tekočina, bi morali mali globusi zadržati svojo obliko, napovedujejo raziskovalci.
"Predstavljajte si, da imate dve kapljici, ki se razširata v vakuum," je dejal Nagle. "Če sta dve kapljici resnično blizu skupaj, potem ko se raztezata, naletita drug na drugega in se potisneta drug proti drugemu, in to je tisto, kar ustvarja ta vzorec."
"Z drugimi besedami, če vržete dva kamna v ribnik tesno skupaj, se bodo valovi iz teh udarcev prelivali drug v drugega in tako oblikovali vzorec, ki spominja na elipso," so povedali uradniki UC Boulder. "Enako bi lahko bilo, če bi proton-nevtronski par, imenovan deuteron, razbil v nekaj večjega ... Prav tako bi se trojček protonov-protonov-nevtronov, znan tudi kot atom helija-3, lahko razširil v nekaj podobnega do trikotnika. "
Z razbijanjem teh različnih kombinacij protonov in nevtronov v atome zlata s hitrostjo svetlobne hitrosti so raziskovalci lahko naredili točno tisto, kar so upali: ustvarili eliptične in trikotne mehurčke iz kvark-gluonske plazme. Ko so znanstveniki v atom zlata razbili en sam proton, je bil rezultat krožne mehurčke prvotne juhe.
Te kratkotrajne kapljice plazme kvark-gluon so dosegle trilijone stopinj Celzija. Raziskovalci menijo, da bi preučevanje te vrste snovi "lahko teoretikom pomagalo, da bi bolje razumeli, kako se je vesoljna prvotna kvark-gluonska plazma hladila v milisekundah, kar je rodilo prve atome, ki obstajajo", so sporočili uradniki UC Boulder.
Rezultati te študije so bili objavljeni 10. decembra v reviji Nature Physics.
