Fizičari su stvorili tri različita oblika kvark-gluonske plazme mrlje koristeći Relativistički teški ionski sudarač u Brookhaven National Laboratory. Ova plazma je egzotična vrsta materije koja je ispunila svemir u prvih milisekundi nakon Velikog praska.
(Slika: © Javier Orjuela Koop)
Prvi djelić sekunde nakon Velikog praska, svemir nije bio ništa drugo do iznimno vruća „juha“ kvarkova i gluona - subatomskih čestica koje će postati građevni blokovi protona i neutrona. Sada, 13,8 milijardi godina kasnije, znanstvenici su ponovno stvorili ovu prvobitnu juhu u laboratoriju.
Koristeći se relativističkim teškim ionskim sudaračem u Brookhaven National Laboratory u Uptonu, New York, fizičari su stvorili sitne kapi ove kvark-gluonske plazme razbijajući različite kombinacije protona i neutrona. Tijekom tih padova kvarkovi i gluoni koji su sačinjavali protone i neutrone oslobađali su se i ponašali se kao tekućina, otkrili su istraživači.
Ovisno o kombinaciji kombinacije čestica, koju su istraživači razbili, maleni, tekuće poput plazme tvorili su jedan od tri različita geometrijska oblika: krugovi, elipse ili trokuti. [Slike: Peering natrag u Veliki prasak i rani svemir]
"Naš eksperimentalni rezultat uvelike nas je približio odgovoru na pitanje koja je najmanja količina materije ranog svemira koja može postojati", rekao je Jamie Nagle, fizičar sa Sveučilišta Colorado Boulder koji je sudjelovao u studiji.
Quark-gluonska plazma prvi je put stvorena u Brookhavenu 2000. godine, kada su istraživači razbili jezgre zlatnih atoma. Tada su znanstvenici na Velikom hadronskom sudaraču u Ženevi odbili očekivanja kad su stvorili plazmu razbijajući dva protona zajedno. "To je bilo iznenađujuće jer je većina znanstvenika pretpostavila da usamljeni protoni ne mogu isporučiti dovoljno energije da bi bilo što moglo teći poput tekućine", rekli su u izjavi dužnosnici UC Boulder.
Nagle i njegovi kolege odlučili su testirati fluidna svojstva ovog egzotičnog stanja materije stvarajući malene kuglice od nje. Ako se plazma doista ponaša poput tekućine, mali bi globusi trebali biti u stanju zadržati oblik, predviđali su istraživači.
"Zamislite da imate dvije kapljice koje se šire u vakuum", rekao je Nagle. "Ako su dvije kapljice zaista bliske zajedno, onda se, kako se šire, upadaju jedna u drugu i guraju se jedna protiv druge, i to je ono što stvara ovaj obrazac."
"Drugim riječima, ako dva kamena bacite u jezero blizu jedan drugoga, valovi iz tih udara pretočit će se jedno u drugo, tvoreći obrazac koji podsjeća na elipsu", rekli su dužnosnici UC Boulder. "Isto bi moglo biti i da ste proton-protonski neutron, nazvan deuteron, razbili u nešto veće ... Isto tako, proton-protonski-neutronski trio, poznat i kao atom helija-3, mogao bi se proširiti u nešto slično do trokuta. "
Ispadajući ove različite kombinacije protona i neutrona u atome zlata pri brzini svjetlosti, istraživači su mogli učiniti upravo ono čemu su se nadali: stvoriti eliptične i trokutaste mrlje od kvark-gluonske plazme. Kada su znanstvenici usitnili jedan proton u atomu zlata, rezultat je bio kružna mrlja prvobitne juhe.
Te kratkotrajne kapljice kvark-gluonske plazme dosegle su temperaturu od trilijuna Celzijevih stupnjeva. Istraživači misle da bi proučavanje ove vrste materije "moglo pomoći teoretičarima da bolje razumiju kako se svemirski izvorni kvark-gluonska plazma hladila tijekom milisekundi, što je rodilo prve atome koji postoje", rekli su zvaničnici UC Boulder.
Rezultati ove studije objavljeni su 10. prosinca u časopisu Nature Physics.
