Tyrėjai sukūrė nedidelius itin karštos materijos lašelius, panašius į tokius, kurie kažkada buvo užpildę ankstyvąją Visatą.
Kvarkų – gliuonų plazmos lašelių plėtimosi vizualizacija. Priklausomai nuo susiduriančių dalelių skaičiaus, formuojasi tris skirtingos formos: apskritimai, elipsės ir trikampiai.
„Nature Physics“ publikuotame tyrime tarptautinė mokslininkų grupė aprašo gautą medžiagą, labai panašią į skystį, ir vadinamą kvarkų – gliuonų plazma. Fizikai mano, kad tokia medžiaga užpildė visą Visatą per pirmąsias kelias mikrosekundes iš karto po Didžiojo sprogimo, kai Visata dar buvo per karšta, kad dalelės sujungtų į atomus.
Šiai plazmai sukurti buvo panaudotas Brukhaveno nacionalinės laboratorijos (JAV) reliatyvistinis sunkiųjų jonų kolaideris (Brookhaven’s Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) – priešpriešių srautų greitintuvas. Tyrimų serijoje mokslininkai daužė protonų ir neutronų paketus į daug didesnių atomų branduolius.
Pasirodė, kad tinkamai parinkus sąlygas, galima sukurti kvarkų-gliuonų plazmos lašelius, kurie gali plėstis, sudarydami tris skirtingas geometrines formas.
Be to, pasirodė, kad tokie mažieji lašai elgiasi taip, kaip skystis. Iki šiol buvo manoma, kai tokio dydžio dalelės yra tam tiesiog per mažos.
„Mūsų eksperimentų rezultatai priartino prie atsakymo į klausimą, koks galėtų būti mažiausias ankstyvosios Visatos medžiagos kiekis, kuris galėtų egzistuoti“, – teigia tyrėjai.
Grafikas, rodantis, kaip atomų susidūrimas plečiasi, priklausomai nuo skirtingų pradinių sudedamųjų dalių, ir sukuria skirtingų formų plazmą. Viršutinėje eilutėje – vienas protonas atsitrenkia į aukso atomą;
Antroje – deuterono (protono-neutrono poros) ir aukso atomo susidūrimas;
Trečioje – helio-3 ir aukso atomo susidūrimas.
Iliustr.: PHENIX, Nature 2018
Mokslininkai pirmą kartą pradėjo tokius tyrimus 2000 metais Brukhaveno kolaideryje. Jie vienas į kitą daužė sunkius aukso atomų branduolius – taip buvo sukuriamos trilijonus laipsnių Celsijaus siekiančios temperatūros. Tokiomis sąlygomis net protonai ir neutronai skilo į savo sudedamąsias dalis – kvarkus ir gliuonus.
Tokia trumpalaikė materijos būklė, pasak fizikų-teoretikų, imituoja po Didžiojo sprogimo atsiradusias sąlygas, ir ji labai panaši į tobulą skystį – jis gali tekėti be trinties.
Praėjus keleriems metams mokslininkai, dirbantys su Didžioju hardonų kolaideriu Ženevoje, Šveicarijoje, pranešė, kad jiems pavyko sukurti kvarkų-gliuonų plazmą ne sudaužiant du atomus, bet tik du protonus.
Iki tol buvo manoma, kad vieni protonai neturėtų tiek energijos, kad, susidūrę, sudarytų medžiagą, panašią į skystį.
„Įsivaizduokite, kad turite du lašelius, kurie plečiasi į vakuumą. Jei du lašeliai yra labai arti vienas kito, tada, jiems plečiantis, jie susiduria vienas su kitu ir ima stumti vienas kitą, taip elgdamiesi panašiai, kaip ir skysčio lašeliai. Jei vienu metu įmesite du akmenis į vandenį arti vienas kito, jų sukeltos bangos sukurs elipsės formos atvaizdą. Pasirodo, panašiai įvyksta, jei protono-neutrono pora, vadinama deuteronu, atsimuša į didelę kliūtį. O protono-protono-neutrono trijulė, tai yra helio-3 atomas, atsimušęs išplinta į kažką panašaus į trikampį“, teigia tyrėjai.
Būtent tai įrodė ir eksperimentai. Deuteronų susidūrimai sudarė trumpalaikes elipses, helio-3 atomų susidūrimai formavo trikampius, o vienas protonas, atsimušęs į sunkų atomą, formavo apskritimo formos plazmos lašelį.
Pasak mokslininkų, šie rezultatai gali padėti teoretikams geriau suprasti, kaip pradinė Visatos kvarkų-gliuonų plazma ėmė vėsti, ir iš jos pradėjo rastis pirmieji atomai.
PHENIX Collaboration, “Creation of quark–gluon plasma droplets with three distinct geometries,” Nature Physics (2018)
Daugiau:
CERN prasidėjo Didžiojo hadronų greitintuvo tobulinimo darbai
CERN – ne tik mokslo, bet ir meno gimimo vieta
Sukurta nauja teorija, kuri paaiškina medžiagos masės „trūkumą“ Visatoje
Išmatuota jėga, veikianti tarp antimedžiagos dalelių