Фізики створили три різні форми кварково-глюонових плазмових крапель за допомогою релятивістського важкого іонного колайдера в Національній лабораторії Брукхейвена. Ця плазма - екзотичний тип речовини, який заповнив Всесвіт у перші мілісекунди після Великого вибуху.
(Зображення: © Javier Orjuela Koop)
Перший проміжок секунди після Великого вибуху всесвіт був не що інше, як надзвичайно гарячий «суп» кварків та глюонів - субатомних частинок, які стануть будівельними блоками протонів та нейтронів. Тепер, через 13,8 мільярда років, вчені знову створили цей споконвічний суп у лабораторії.
Використовуючи релятивістський важкий іонний колайдер у Національній лабораторії Брукхейвена в м. Ґптон, Нью-Йорк, фізики генерували крихітні краплі цієї кварк-глюонової плазми, розбиваючи разом різні комбінації протонів та нейтронів. Під час цих аварій кварки та глюони, що складаються з протонів та нейтронів, вирвалися на волю та поводилися як рідина, виявили дослідники.
Залежно від того, яку комбінацію частинок дослідники розтрощили разом, крихітні, подібні до рідини кулі плазми утворювали одну з трьох чітких геометричних фігур: кола, еліпси чи трикутники. [Зображення: Погляд назад до Великого вибуху та раннього Всесвіту]
"Наш експериментальний результат набагато наблизив нас до відповіді на питання про те, яка найменша кількість речовини раннього Всесвіту, яка може існувати", - заявив Джеймі Нагл, фізик з університету Колорадо Боулдер, який брав участь у дослідженні.
Кварк-глюонові плазми вперше були створені в Брукхейвені у 2000 році, коли дослідники розбили ядра атомів золота. Тоді вчені з Великого адронного колайдера в Женеві виправдали очікування, коли вони створили плазму, розбивши два протони разом. "Це було дивно, тому що більшість вчених припускали, що самотні протони не можуть доставити достатню кількість енергії, щоб зробити все, що могло б текти, як рідина", - заявили чиновники UC Boulder.
Nagle та його колеги вирішили перевірити властивості рідини цього екзотичного стану речовини, створивши з нього крихітні кульки. Якщо плазма справді поводиться як рідина, маленькі кульки повинні мати можливість утримувати свою форму, прогнозували дослідники.
"Уявіть, що у вас є дві краплі, які розширюються у вакуум", - сказав Нагл. "Якщо дві краплі дійсно близько один від одного, то, коли вони розширюються, вони наштовхуються один на одного і підштовхуються один до одного, і саме це створює цю схему".
"Іншими словами, якщо ви кинете два камені в ставок близько один до одного, брижі від цих ударів будуть перетікати один в одного, утворюючи візерунок, що нагадує еліпс", - заявили чиновники UC Boulder. "Те саме може бути правдою, якби ви розбили пару протон-нейтронів, звану Дейтрон, на щось більше ... Так само, трион протон-протон-нейтрон, також відомий як атом гелію-3, може перерости в щось подібне до трикутника ».
Пробиваючи ці різні комбінації протонів та нейтронів на атоми золота з близькою швидкістю світла, дослідники змогли зробити саме те, що сподівалися: створити еліптичні та трикутні плями кварково-глюонної плазми. Коли вчені вбили один протон у атом золота, в результаті вийшла кругла пляма споконвічного супу.
Ці недовговічні крапельки кварково-глюонної плазми досягали температури трильйонів градусів Цельсія. Дослідники вважають, що вивчення цього виду речовини "може допомогти теоретикам краще зрозуміти, як оригінальна плазма-глюонова плазма всесвіту охолоджувалася протягом мілісекунд, народжуючи перші атоми, що існували", - заявили представники UC Boulder.
Результати цього дослідження були опубліковані 10 грудня в журналі Nature Physics.
