Fyzici vytvořili tři různé tvary kvark-gluonových plazmatických bloků pomocí Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven National Laboratory. Tato plazma je exotický druh hmoty, která naplnila vesmír v prvních milisekundách po Velkém třesku.
(Obrázek: © Javier Orjuela Koop)
První zlomek sekundy po Velkém třesku nebyl vesmír nic jiného než extrémně horká „polévka“ kvarků a gluonů - subatomových částic, které by se staly stavebními bloky protonů a neutronů. Nyní, o 13,8 miliard let později, vědci znovu vytvořili tuto prvotní polévku v laboratoři.
Pomocí Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven National Laboratory v Uptonu v New Yorku, fyzici vytvořili malé kapky této kvark-gluonové plazmy rozbitím různých kombinací protonů a neutronů. Během těchto havárií se kvarky a gluony, které tvoří protony a neutrony, uvolnily a chovaly se jako kapalina, zjistili vědci.
V závislosti na tom, jakou kombinaci částic vědci rozbili, vytvořily malé, tekuté kulové plazmy jeden ze tří odlišných geometrických tvarů: kruhy, elipsy nebo trojúhelníky. [Images: Peering Back to the Big Bang & Early Universe]
"Náš experimentální výsledek nás přivedl mnohem blíže k zodpovězení otázky, jaké je nejmenší množství hmoty raného vesmíru, které může existovat," uvedl v prohlášení Jamie Nagle, fyzik z University of Colorado Boulder, který se studie zúčastnil.
Plazma kvark-gluon byla poprvé vytvořena v Brookhavenu v roce 2000, kdy vědci rozbili jádra zlatých atomů. Vědci z Velkého hadronového srážce v Ženevě pak vzdorovali očekáváním, když vytvořili plazmu tím, že rozbili dva protony dohromady. "Bylo to překvapivé, protože většina vědců předpokládala, že osamělé protony nedokážou dodat dostatek energie k tomu, aby vytvořily cokoli, co by mohlo proudit jako tekutina," uvedli v prohlášení úředníci UC Boulder.
Nagle a jeho kolegové se rozhodli otestovat tekutinové vlastnosti tohoto exotického stavu hmoty vytvořením jeho malých globusů. Pokud se plazma skutečně chová jako kapalina, malé glóby by si měly udržet svůj tvar, vědci předpovídali.
„Představte si, že máte dvě kapičky, které se rozpínají do vakua,“ řekla Nagle. "Pokud jsou obě kapičky opravdu blízko sebe, tak jak se rozšiřují, narazí na sebe a tlačí proti sobě, a to vytváří tento vzorec."
"Jinými slovy, pokud hodíte dva kameny do rybníka těsně vedle sebe, vlnky z těchto nárazů budou protékat k sobě a vytvoří vzor, který se podobá elipsě," uvedli úředníci UC Boulder. „Totéž by mohlo platit, kdybyste rozbili proton-neutronový pár, nazvaný deuteron, na něco většího. Podobně by se trio proton-proton-neutron, známé také jako atom helia-3, mohlo rozšířit do něčeho podobného na trojúhelník. “
Vědci dokázali dělat tyto různé kombinace protonů a neutronů na atomy zlata v blízkosti rychlosti světla přesně tak, jak doufali: vytvořit eliptické a trojúhelníkové kuličky kvark-gluonové plazmy. Když vědci rozbili jediný proton do atomu zlata, výsledkem byla kruhová kapka prvotní polévky.
Tyto kapičky plazmy kvark-gluon s krátkou životností dosáhly teploty bilionů stupňů Celsia. Vědci se domnívají, že studium tohoto typu hmoty „by mohlo teoretikům pomoci lépe pochopit, jak se původní kvark-gluonová plazma vesmíru ochladila v milisekundách a způsobila zrod první existující atomy,“ uvedli úředníci UC Boulder.
Výsledky této studie byly zveřejněny 10. prosince v časopise Nature Physics.
