Sumušdami daleles, fizikai galėjo sukurti mažiausią skysčio lašelį Visatoje - protono dydžio rutulį karštos, pirmapradės sriubos.
Ši dalelių sriuba yra kvarko-gluono plazma, skystis, kuris užpildė kosmosą per pirmąsias mikrosekundės po Didžiojo sprogimo. Jis yra trilijonų laipsnių ir beveik be trinties sukasi aplink šviesos greitį.
„Tai pats ekstremaliausias skystis, kokį mes žinome“, - sakė Jacquelyn Noronha-Hostler, teorinis fizikas iš Rutgers universiteto Naujajame Džersyje.
Fizikai prieš tai sukūrė daleles, kad sukurtų šią pirmapradę sriubą, ir kai kurie eksperimentai rodo, kad tam tikri susidūrimai sukelia mažus lašelius kaip protonai. Naujame, gruodžio 10 d. Žurnale „Nature Physics“ paskelbtame dokumente „Naujoviško didelio energijos branduolio sąveikos eksperimento“ (PHENIX) fizikai pranešė, kas yra įtikinamiausias įrodymas, kad tokie lašeliai gali būti tokie maži.
„Mums tikrai reikia pergalvoti savo supratimą apie tokio tipo lašelių srautą ir sąveiką“, - teigė Jamie Nagle, Kolorado universiteto „Boulder“ universiteto fizikas, kuris analizavo naujausių eksperimentų duomenis. Rezultatai galėtų padėti fizikams geriau suprasti ankstyvosios visatos kvarko-gliurono plazmą ir skysčių prigimtį.
„Tai reiškia, kad turime perrašyti savo žinias apie tai, ką reiškia būti skysčiu“, - „Live Science“ pasakojo Noronha-Hostler, kuri nebuvo naujų eksperimentų dalis.
Tyrimai buvo atlikti Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), esančiame Brookhaveno nacionalinėje laboratorijoje Niujorke, kur fizikai sukūrė pirmąjį kvarko-gluono plazmą 2005 m., Sutriuškindami atominius branduolius. Kvarkas yra pagrindinė dalelė, sudaranti protonus ir neutronus, kurie savo ruožtu sudaro atominius branduolius. Gluonai yra jėgą nešančios dalelės, kurios kvarkus kartu su protonu ar neutronu laiko per stiprią jėgą, vieną iš pagrindinių gamtos jėgų.
Fizikai anksčiau manė, kad varškės-gliukono plazmos lašeliai turėjo būti palyginti dideli, teigė „Noronha-Hostler“ atstovas. Kad lašelis tekėtų kaip skystis, galvojo, objektas turėjo būti daug didesnis nei jo sudedamosios dalelės. Pvz., Tipiškas vandens lašas yra daug didesnis nei jo paties vandens molekulės. Kita vertus, maža, tarkime, trijų ar keturių atskirų vandens molekulių sankaupa nesielgs kaip skystis, pamanė tyrėjai.
Taigi, kad kvarko-gluono plazmos lašeliai būtų kuo didesni, RHIC fizikai sutraiškė didelius atominius branduolius, tokius kaip auksas, kurie gamina panašaus dydžio lašelius - maždaug 10 kartų didesnius nei protonas. Bet fizikai nustatė, kad susidūrę su mažesnėmis dalelėmis, jie netikėtai aptiko protonų dydžio skysčio lašelių užuominų - pavyzdžiui, susidūrimuose tarp protonų, padarytų dideliame hadronų kolideryje netoli Ženevos.
Norėdami išsiaiškinti, ar šie maži lašeliai iš tikrųjų galėjo egzistuoti, fizikai, paleidę PHENIX detektorių RHIC iššautus protonus; deuterono branduoliai, kuriuose kiekvienas turi protoną ir neutroną; ir helio-3 branduoliai aukso branduoliuose. Jei šie susidūrimai suformuotų skysčio varškės-gliukono plazmos lašelius, mokslininkai tvirtino, lašeliai būtų kitokios formos, atsižvelgiant į tai, į ką nukentėjo aukso branduoliai. Pataikius į protoną, susidarytų apvalus lašelis; deuteronas pagamintų elipsės formos lašą, o helio-3 - trikampį lašelį.
Toks lašelis gyventų tik 100 milijardų milijardų sekundės, kol dėl stipraus karščio lašas išsiplės taip greitai, kad sprogo kitų dalelių pliūpsnyje.
Išmatavę šią dalelių nuolaužą, tyrėjai rekonstravo originalų lašelį. Kiekvieno iš trijų tipų susidūrimų metu jie ieškojo elipsės ir trikampio formos, iš viso išmatuodami šešis. Eksperimentai užtruko keletą metų, ir galiausiai tyrėjai aptiko signalinių lempučių formas, leidžiančias manyti, kad susidūrimai sukūrė protonų dydžio lašelius.
„Turint visą šešių matavimų rinkinį, sunku gauti kitokį paaiškinimą, išskyrus lašelių nuotrauką“, - „Live Science“ pasakojo Nagle.
Nors rezultatai yra įtikinami, Noronha-Hostler teigė, kad dar nėra visiškai tikra. Tyrėjams vis dar reikia geriau išmatuoti purkštukus, kurie išsiskiria iš dalelių susidūrimo. Jei susidarytų mažyčiai skysčio lašeliai, smūgiai tarp aukso branduolių ir protonų, deuteronų ar heilum-3 turėtų sudaryti greitųjų dalelių, kurios suformavo purkštukus, kurie tada būtų susprogdinti per naujai sukurtus varškės-gluono lašelius. Kai purkštukas švilpavo per skystį, jis būtų praradęs energiją ir sulėtėjęs, kaip kulka, sklindanti per vandenį.
Tačiau iki šiol matavimai rodo, kad purkštukai neprarado tiek energijos, kiek buvo prognozuota. Ateities eksperimentai, tokie kaip atnaujinta „PHENIX“ versija, kurią planuojama išleisti 2023 m., Turėtų padėti fizikams geriau suprasti, kas vyksta, ir įsitikinti, ar tokių mažų lašelių gali būti, sakė „Noronha-Hostler“ atstovas.
