Istraživači rekreiraju vruću gustu kvarku i gluonovu supu koja je napunila rani Svemir

Nekoliko milijuna sekundi ubrzo nakon Velikog praska, kozmolozi vjeruju da je Svemir bio ispunjen vrućom gustom 'juhom' od kvarkova i gluona. Sada istraživači vjeruju da su mogli upotrijebiti sudar malih projektila i zlatnih jezgara kako bi ponovno stvorili sitne mrlje ove savršene prvobitne tekućine.

Ako sudari između malih projektila - protona (p), deuterona (d) i jezgre helija-3 (3He) - i zlatnih jezgara (Au) stvaraju sitne vruće točke kvark-gluonske plazme, obrazac čestica koje je pokupio detektor trebao bi zadržati malo

Očekuje se da će proučavanje ove tečnosti osvetliti silu koja upravlja vezanjem kvarkova i gluona, osnovnih čestica koje čine protone i neutrone, a time i svu vidljivu materiju oko nas. Ali ono što istraživači nisu očekivali, biti u stanju ponovno stvoriti ovu tekućinu osnovnih čestica.

Nuklearni fizičari otkrili su čudan proizvod dok su analizirali podatke detektora PHENIX Brookhaven Laboratorija na Relativističkom teškom ionskom sudaraču (RHIC) objavljujući svoja otkrića ovog tjedna u časopisu Nature Physics.

Jamie Nagle, PHENIX-ov suradnik, pomogao je u osmišljavanju eksperimentalnog plana kao i teorijskih simulacija koje bi tim koristio za testiranje njihovih rezultata: „Ovaj je rad vrhunac niza eksperimenata osmišljenih da dizajniraju oblik kvark-gluonske kapljice plazme „.

Do otkrića je došlo kada je tim ispitao putanje čestica nastalih djelovanjem malih projektila poput jednostrukih protona, atoma deuterijuma i helijuma-3 na "mete" zlatnih jezgara. Otkriveno je da uzorci protoka ovih čestica odgovaraju geometriji izvornih projektila, upravo onako kako bi se i očekivalo ako bi stvorili savršenu tekućinu kvark-gluonske plazme.

Nagle je rekao: "RHIC je jedini akcelerator na svijetu na kojem možemo izvesti tako strogo kontrolirani eksperiment, sudarajući čestice izrađene od jedne, dvije i tri komponente s istim većim jezgrom, zlatom, sve s istom energijom."

Prethodna viđenja savršenih tekućina

PHENIX detektor u Relativističkom teškom ionskom sudaraču (Nacionalni laboratorij u Brookhavenu)

Upotreba RHIC-a, najvećeg svjetskog akceleratora čestica prije aktiviranja LHC-a, ranije je fizičarima omogućila promatranje protoka savršenih tekućina prije i njihovo postojanje je dobro utvrđeno. Na primjer, kada se jezgre zlatnih čestica sudaraju pri skoro svjetlosnim brzinama, na primjer, ekstremna energija stotina protona i neutrona koji se sudaraju rastopi granice interaktivnih čestica omogućujući sastavnim gluonima i kvarkovima da slobodno djeluju.

Računalna vizualizacija 7.200.000.000.000.000 kvark-gluonske plazme stvorena u sudaraču RHIC-a 2010. (Brookhaven National Lab)

Ta rezultirajuća tekućina teče poput tekućine izrazito niske viskoznosti, omogućujući gradijentima pritiska stvorenim početkom sudara da nastave i utječu na to kako druge čestice udaraju u detektor.

To znači da čestice koje udaraju u detektor zadržavaju "pamćenje" početnog oblika svakog projektila - sferično u slučaju protona, eliptično za deuterone i trokutasto za jezgre helija-3.

PHENIX je analizirao mjerenja dvije različite vrste protoka čestica (eliptični i trokutasti) iz sva tri sudaračka sustava i usporedio ih s predviđanjima za ono što bi se moglo očekivati ​​na temelju početne geometrije.

Julia Velkovska, zamjenica glasnogovornice PHENIX-a, koja je vodila tim uključen u analizu na Sveučilištu Vanderbilt, rekla je: „Mjerenja odgovaraju predviđanjima koja se temelje na početnom geometrijskom obliku. Vidimo vrlo jake korelacije između početne geometrije i konačnih obrazaca protoka, i najbolji način da se objasni to je da je kvark-gluonska plazma stvorena u tim malim sustavima sudara. "

Timovi su usporedili rezultirajuće geometrijske uzorke protoka u ovom najnovijem eksperimentu s teorijom hidrodinamike što im je omogućilo da isključe korelacije koje su predložile druge teorije fizike, poput kvantne mehanike, za prethodno vođene sudare zlato i zlato.

"Uz sve drugo, još uvijek vidimo veći eliptični protok za deuteron-zlato nego za protonsko zlato, što se više podudara s teorijom hidrodinamičkog protoka i pokazuje da mjerenja ovise o početnoj geometriji", rekla je Velkovska. "Ali na temelju onoga što vidimo i naše statističke analize sporazuma između teorije i podataka, te interakcije nisu dominantan izvor konačnih obrazaca protoka."

PHNIX će sada ispitati podatke iz tih eksperimenata kako bi utvrdio temperaturu postignutu u sudarima malih razmjera, koji će, ako je dovoljno vruće, također podržati stvaranje kvark-gluonske plazme.

Izvorno istraživanje: https://www.nature.com/articles/s41567-018-0360-0