A fizikusok három különböző formájú kvark-gluon plazmabuborékot készítettek a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban a relativisztikus nehézion-ütköző segítségével. Ez a plazma egzotikus típusú anyag, amely a nagy robbanás utáni első milliszekundumokban megtöltötte az univerzumot.
(Kép: © Javier Orjuela Koop)
A nagyrobbanás utáni első másodpercben az univerzum nem más volt, mint egy kvarkok és gluonok rendkívül forró "levese" - szubatomi részecskék, amelyek protonok és neutronok építőelemeivé válnának. Most, 13,8 milliárd évvel később, a tudósok újból készítették ezt az ősi levest egy laboratóriumban.
A New York-i Uptonban, a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban alkalmazott relativista nehézion-ütköző alkalmazásával a fizikusok apró cseppekből álltak elő ennek a kvarc-gluon plazmának a protonok és a neutronok különböző kombinációinak összetörésével. Ezen összeomlások során a protonokat és neutronokat alkotó kvarkok és gluonok felszabadultak és folyadékként viselkedtek - találták a kutatók.
Attól függően, hogy a részecskék melyik kombinációját összetörték a kutatók, a vékony, folyékony plazmagömbök három különálló geometriai alak egyikét képezték: körök, ellipszisek vagy háromszögek. [Képek: Visszatekintés a nagy robbanáshoz és a korai univerzumhoz]
"Kísérleti eredményünk sokkal közelebb hozott minket annak a kérdésnek a megválaszolásához, amely a létező korai világegyetemi anyag legkisebb mennyiségét képviseli" - mondta Jamie Nagle, a Colorado Boulder Egyetem fizikusa, aki részt vett a tanulmányban.
A Quark-gluon plazmákat először Brookhavenben hozták létre 2000-ben, amikor a kutatók az aranyatomok magjait összetörték. Ezután a genfi nagy hadron-ütköző tudósai megcélozták az elvárásaikat, amikor a plazmát két proton összetörésével készítették el. "Ez meglepő volt, mivel a legtöbb tudós úgy vélte, hogy a magányos protonok nem tudnak elegendő energiát szolgáltatni ahhoz, hogy bármi olyat készítsenek, amely folyadékként áramlik" - mondta az UC Boulder tisztviselői nyilatkozatában.
Nagle és kollégái úgy döntöttek, hogy kipróbálják ennek az egzotikus anyagnak a folyadék tulajdonságait, apró gömbök létrehozásával. Ha a plazma valóban folyadékként viselkedik, akkor a kis gömböknek képesnek kell lenniük megőrizni alakjukat - jósolta a kutatók.
"Képzelje el, hogy van két cseppje, amelyek vákuumba terjednek ki" - mondta Nagle. "Ha a két csepp valóban közel áll egymáshoz, akkor ahogy kibővülnek, befutnak egymásba és egymás ellen nyomódnak, és ez hozza létre ezt a mintát."
"Más szóval, ha két követ egymáshoz közel dobunk egy tóba, akkor az ezekből az ütésekből származó hullámok egymásba áramlanak, és egy ellipszishez hasonló mintát képeznek" - mondta az UC Boulder tisztviselői. "Ugyanez lehet igaz, ha egy proton-neutron párt, amelyet deuteronnak nevezünk, valami nagyobbba szétzúzza ... Hasonlóképpen, egy proton-proton-neutron trió, más néven hélium-3 atom, és kibővíthet valami hasonlót. egy háromszögre. "
A protonok és a neutronok ezen különféle kombinációinak a fénysebességhez közeli arany-atomokba történő rombolásával a kutatók pontosan azt tudták megtenni, amire reméltek: elkészíthetnek elliptikus és háromszög alakú foltokat a kvark-gluon plazmából. Amikor a tudósok egyetlen protont összetörtek az aranyatomba, az elsődleges leves kör alakú foltja lett.
Ezek a rövid élettartamú kvark-gluon plazma cseppek Celsius-fok trilliók hőmérsékleteit érték el. A kutatók úgy gondolják, hogy az ilyen típusú anyag tanulmányozása "segíthetne az elméleteknek, hogy jobban megértsék, hogy az univerzum eredeti kvarc-gluon plazma milliszekundum alatt hűtött le, és ezzel született az első létező atomok" - mondták az UC Boulder tisztviselői.
A tanulmány eredményeit december 10-én tették közzé a Nature Physics folyóiratban.
