Svemirski čorbuljak – naučnici rekreirali kosmos posle Velikog praska

„Naučnije“ rečeno, ova lepljiva „supa“ naziva se kvark-gluonska plazma (KGP). To je bila prva i najtoplija tečnost koja je ikada postojala. Predviđanja ukazuju da je bila milijardu puta toplija od površine Sunca tokom nekoliko milionitih delova sekunde, pre nego što se proširila, ohladila i spojila u atome.

Kako je opisano u nedavnoj studiji, tim fizičara sa MIT-a i CERN-a ponovo je stvorio sudare teških jona slične onima koji su proizveli KGP kako bi istražio njena svojstva. Na primer, kada se kvark kreće kroz plazmu, da li se odbija i prska poput povezane tečnosti ili se raspršuje nasumično kao skup čestica?

Da bi to utvrdili, istraživači su analizirali podatke o sudarima čestica olova koje su sudarane gotovo brzinom svetlosti unutar CERN-ovog Velikog hadronskog sudarača (LHC). Takvi sudari stvaraju mlazove energetskih čestica, poput kvarkova, kao i kap kvark-gluonske plazme koja je prožimala svemir u njegovom najranijem dobu.

Koristeći jedinstvenu strategiju koja je omogućila jasniji uvid u sudare teških jona nego u prethodnim eksperimentima, fizičari su pratili kretanje kvarkova kroz KGP i mapirali energiju plazme nakon tih sudara.

„Sada vidimo da je plazma izuzetno gusta, toliko da može da uspori kvark i proizvodi prskanje i kovitlanje poput tečnosti. Dakle, kvark-gluonska plazma zaista jeste praiskonska supa“, kaže fizičar Jen Đie Li sa MIT-a.

Kvarkovi koji jure kroz KGP prenose deo svoje energije na plazmu, gube brzinu i stvaraju trag nalik onome koji ostavlja brzi čamac.

„Po analogiji, kada imate čamac koji se kreće kroz jezero, trag je voda iza čamca koja se kreće u pravcu njegovog kretanja. Čamac je preneo impuls na deo vode koji ga ‘prati’“, objasnio je za Sajens alert fizičar MIT-a Krišna Radžagopal, koji je razvio model koji predviđa fluidna svojstva KGP.

Međutim, umesto jasnog traga kakav se vidi u vodi, istraživači su morali da zaključe o njegovom haotičnom postojanju u svojim kapima KGP.

To zahteva analiziranje desetina hiljada snažno međusobno delujućih čestica u plazmi temperature od bilion stepeni, koja u LHC-u obično postoji samo kvadrilioniti deo sekunde, kako bi se otkrilo relativno malo čestica pomerenih tim tragom.

To nije lako. Kada se kvarkovi stvaraju u sudarima u LHC-u, oni nikada ne postoje sami, objasnio je Radžagopal za Sajens alert. Obično nastaju zajedno sa antikvarkovima, svojim „partnerskim“ česticama koje su identične, ali suprotno naelektrisane. Kvark i njegov antikvark odlaze u suprotnim pravcima istom brzinom, pri čemu svaki stvara sopstveni trag, što otežava otkrivanje.

Zato su fizičari, umesto potrage za parovima kvark–antikvark kao u prethodnim eksperimentima, tražili drugačiji par čestica. Ponekad sudari u LHC-u dovode do stvaranja kvarka i Zed bozona, neutralne elementarne čestice koja ne stvara trag jer ne stupa u interakciju sa KGP.

Međutim, takvi događaji su retki. Od 13 milijardi sudara u LHC-u analiziranih u studiji, samo oko 2.000 proizvelo je Zed bozon. Ipak, zahvaljujući tome što Zed bozon ne reaguje sa KGP, istraživači su konačno mogli da analiziraju trag koji izaziva jedan brzi kvark. Kao što je Radžagopalov model predvideo, KGP je reagovala kao tečnost, talasajući se i kovitlajući iza kvarka.

Radžagopal ističe da je to „konačan i nepogrešiv dokaz“ ponašanja KGP nalik tečnosti, ali dugotrajna rasprava o tome da li KGP teče i talasa se poput tečnosti možda još nije završena. Drugi istraživači će svakako detaljno ispitati ove rezultate.

Ipak, ova nova tehnika pruža okvir za proučavanje sličnih procesa u drugim vrstama sudara visokih energija, što bi moglo rasvetliti jednu od najtajanstvenijih supstanci u istoriji svemira.

„U mnogim drugim oblastima nauke, način na koji učite o svojstvima materijala jeste da ga na neki način poremetite i merite kako se to poremećanje širi i rasipa“, rekao je Radžagopal.

I to je deo onoga što fiziku čini zabavnom, ako niste sigurni kako nešto funkcioniše, jednostavno ga sudarite skoro brzinom svetlosti.