Fizycy obserwują fale kwarków w pierwotnej zupie Wielkiego Wybuchu
- Fizycy w CERN odkryli fale kwarków w plazmie kwarkowo-gluonowej
- To odkrycie potwierdza cieczy właściwości QGP
- Badania mogą pomóc zrozumieć wczesny wszechświat.
Odkrycie plazmy kwarkowo-gluonowej
W pierwszych chwilach istnienia wszechświata temperatura osiągała tryliony stopni, tworząc intensywną mieszankę kwarków i gluonów. Te cząstki elementarne poruszały się z prędkością bliską prędkości światła w stanie materii znanym jako plazma kwarkowo-gluonowa (QGP). Ten pierwotny materiał istniał zaledwie kilka milionowych części sekundy, zanim szybko się schłodził, co pozwoliło kwarkom i gluonom połączyć się w protony, neutrony i inne cząstki, które obserwujemy dzisiaj.
Eksperymenty w CERN
W CERN, w Wielkim Zderzaczu Hadronów, fizycy odtwarzają plazmę kwarkowo-gluonową, aby zbadać jej właściwości. Poprzez zderzenia ciężkich jonów z prędkością bliską prędkości światła, badacze mogą tymczasowo oddzielić kwarki i gluony, produkując maleńkie ilości materii, która istniała w pierwszych mikrosekundach po Wielkim Wybuchu. Zespół CERN, kierowany przez fizyków z MIT, odkrył wyraźne dowody na to, że kwarki tworzą fale, poruszając się przez tę plazmę.
Fale kwarków i ich znaczenie
Obserwacje dostarczają pierwszego bezpośredniego dowodu na to, że plazma kwarkowo-gluonowa reaguje na szybko poruszające się cząstki jako całość, produkując fale i wiry. "To był długi temat dyskusji w naszej dziedzinie, czy plazma powinna reagować na kwark," mówi Yen-Ji Lee, profesor fizyki w MIT. "Teraz widzimy, że plazma jest niesamowicie gęsta i jest w stanie spowalniać kwark, tworząc wybuchy i wiry, jak ciecz."
Metody badawcze
Li i jego koledzy opracowali nową metodę wykrywania tych fal kwarków. Planują wykorzystać tę technikę na dodatkowych danych o zderzeniach cząstek, aby szukać więcej przykładów i badać je bardziej szczegółowo. Mierząc, jak duże stają się fale, jak szybko się poruszają i jak długo się utrzymują, naukowcy mogą określić ważne właściwości plazmy kwark-gluonowej.
Plazma kwark-gluonowa jako idealna ciecz
Plazma kwark-gluonowa uważana jest za pierwszą ciecz we Wszechświecie i najgorętszą ciecz, jaką kiedykolwiek znano, osiągając temperatury rzędu kilku bilionów stopni Celsjusza. Naukowcy opisują również QGP jako prawie "idealną" ciecz, w której pojedyncze kwarki i gluony poruszają się razem jak wyjątkowo gładka ciecz z prawie zerowym tarciem.
Modele i teorie
Zrozumienie plazmy kwarkowo-gluonowej opiera się na licznych eksperymentach i badaniach teoretycznych. Jednym z wpływowych modeli jest model hybrydowy, opracowany przez Krishnę Rajagopala i jego współpracowników, który przewiduje, że plazma kwarkowo-gluonowa powinna reagować jak ciecz, gdy przez nią przechodzą energetyczne cząstki.
Poszukiwanie dowodów
Fizycy przez wiele lat poszukiwali dowodów tych fal w Wielkim Zderzaczu Hadronów i innych akceleratorach cząstek. W tych eksperymentach ciężkie jony, takie jak ołów, są przyspieszane do niemal prędkości światła i zderzają się, tworząc maleńkie krople pierwotnej materii, które zazwyczaj istnieją mniej niż kwadrilionową część sekundy.
Nowa technika detekcji
Wcześniejsze poszukiwania fal kwarkowych często koncentrowały się na parach składających się z kwarka i antykwarka. Jednak Li i jego współpracownicy zrozumieli, że łatwiej jest zidentyfikować falę od jednego kwarka, jeśli nie ma drugiego kwarka, który tworzy nakładające się zakłócenie. Opracowali nową technikę, która pozwala dostrzegać efekty jednego kwarka w QGP poprzez inną parę cząstek.
Rola bozonów Z
Zamiast szukać par kwarków i antykwarków po zderzeniach jonów ołowiu, badacze szukali zdarzeń, w których jeden kwark poruszał się przez plazmę w prawie przeciwnym kierunku do bozonu Z. Bozon Z to neutralna cząstka elementarna, która słabo oddziałuje z otaczającą plazmą, co czyni ją użyteczną jako czystą punkt kontrolny.
Przyszłość badań
Dzięki nowej metodzie fizycy mają nadzieję uzyskać więcej danych o plazmie kwark-gluonowej i jej właściwościach. "Badanie, jak fale kwarków odbijają się i oddziałują, da nam nowe pomysły na temat właściwości plazmy kwark-gluonowej," mówi Li. To odkrycie może znacznie posunąć nasze zrozumienie wczesnego Wszechświata i jego ewolucji.
Źródło: ScienceDaily
