Tím, že rozbijí částice dohromady, fyzici možná vytvořili nejmenší kapku tekutiny ve vesmíru - protonový korálek horké prvotní polévky.
Tato částcová polévka je kvark-gluonová plazma, tekutina, která naplnila vesmír během prvních mikrosekund po Velkém třesku. Je na bilionech stupňů a téměř bez tření se otáčí kolem rychlosti světla.
"Je to nejextrémnější tekutina, o které víme," řekla Jacquelyn Noronha-Hostler, teoretická fyzika na Rutgers University v New Jersey.
Fyzici dříve sráželi částice, aby vytvořili tuto prvotní polévku, a některé experimenty naznačují, že určité srážky vytvářejí kapičky malé jako protony. V novém příspěvku zveřejněném 10. prosince v časopise Nature Physics, fyzici z průkopnického experimentu s vysokou energetickou jadernou interakcí (PHENIX), uvedli, co může být nejpřesvědčivějším důkazem, že takové kapičky mohou být tak malé.
„Opravdu nás nutí přehodnotit naše porozumění interakcím a podmínkám tohoto druhu toku kapiček,“ řekl Jamie Nagle, fyzik z University of Colorado Boulder, který analyzoval data v posledních experimentech. Výsledky by pomohly fyzikům lépe porozumět kvark-gluonové plazmě raného vesmíru a povaze tekutin.
„To znamená, že musíme přepsat své znalosti toho, co to znamená být tekutinou,“ řekla Noronha-Hostler, která nebyla součástí nových experimentů, řekl Live Science.
Experimenty byly provedeny v Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) v Brookhaven National Laboratory v New Yorku, kde fyzikové vytvořili první kvark-gluonovou plazmu v roce 2005 tím, že společně zabili atomová jádra. Kvark je základní částice, která tvoří protony a neutrony, které zase tvoří atomová jádra. Gluony jsou částice nesoucí sílu, které drží kvark pohromadě v protonu nebo neutronu prostřednictvím silné síly, jedné ze základních přírodních sil.
Fyzici dříve předpokládali, že kapičky kvark-gluonové plazmy musí být relativně velké, řekla Noronha-Hostler. Aby kapička tekla jako tekutina, přemýšlelo, objekt musel být mnohem větší než jeho částice. Typická kapka vody je například mnohem větší než její vlastní molekuly vody. Na druhou stranu, malá shluk, řekněme tří nebo čtyř jednotlivých molekul vody, by se nechtěl chovat jako kapalina, říkali vědci.
Aby tedy kapičky kvark-gluonové plazmy byly co největší, fyzici na RHIC narazili na velká atomová jádra, jako je zlato, které produkují kapičky podobné velikosti - asi 10krát větší než proton. Fyzici však zjistili, že když srazili menší částice, neočekávaně odhalili náznaky kapiček tekutin velikosti protonu - například při srážkách mezi protony provedenými u Velkého hadronového srážce blízko Ženevy.
Aby zjistili, zda by tyto malé kapičky mohly ve skutečnosti existovat, vypálili fyzici, kteří na detektoru RHIC detekovali PHENIX, protony; deuteronová jádra, která každá obsahují proton a neutron; a jádra helia-3 na zlatých jádrech. Pokud by tyto srážky tvořily tekuté kapičky kvark-gluonové plazmy, vědci usoudili, kapičky by měly různé tvary v závislosti na tom, co zasáhly zlatá jádra. Zasažení protonu by vytvořilo kruhovou kapičku; deuteron by vytvořil eliptickou kapičku a helium-3 by vytvořilo trojúhelníkovou kapičku.
Taková kapička by žila jen 100 miliard miliardtiny sekundy, než by intenzivní teplo způsobilo, že kapička expanduje tak rychle, že explodovala v návalu jiných částic.
Měřením tohoto úlomku částic vědci rekonstruovali původní kapičku. V každém ze tří typů srážek hledali eliptické a trojúhelníkové tvary a provedli celkem šest měření. Experimenty trvalo několik let a nakonec vědci detekovali výmluvné tvary, což naznačuje, že srážky vytvářejí kapičky protonové velikosti.
„S celou sadou šesti měření je těžké mít jiné vysvětlení kromě obrázku kapiček,“ řekla Nagle Live Science.
Zatímco výsledky jsou přesvědčivé, Noronha-Hostlerová řekla, že si ještě není zcela jistá. Vědci stále potřebují lepší měření trysek, které vypukly z kolizí částic. Pokud by se vytvořily drobné kapičky tekutiny, dopady mezi zlatými jádry a protony, deuterony nebo heilum-3 by měly produkovat vysokorychlostní částice, které vytvářely trysky, které by pak vystřelily přes nově vytvořené kapky kvark-gluon. Jak proud tryskal tekutinou, ztratila by energii a zpomalila, jako kulka putující vodou.
Avšak měření zatím ukazují, že trysky neztratily tolik energie, kolik bylo předpovězeno. Budoucí experimenty, jako je upgradovaná verze PHENIX, která má být spuštěna v roce 2023, by fyzikům měla pomoci lépe porozumět tomu, co se děje - a určitě určit, zda takové drobné kapičky mohou existovat, řekla Noronha-Hostler.
