Свемирски чорбуљак – научници рекреирали космос после Великог праска

„Научније“ речено, ова лепљива „супа“ назива се кварк-глуонска плазма (КГП). То је била прва и најтоплија течност која је икада постојала. Предвиђања указују да је била милијарду пута топлија од површине Сунца током неколико милионитих делова секунде, пре него што се проширила, охладила и спојила у атоме.

Како је описано у недавној студији, тим физичара са МИТ-а и ЦЕРН-а поново је створио сударе тешких јона сличне онима који су произвели КГП како би истражио њена својства. На пример, када се кварк креће кроз плазму, да ли се одбија и прска попут повезане течности или се распршује насумично као скуп честица?

Да би то утврдили, истраживачи су анализирали податке о сударима честица олова које су сударане готово брзином светлости унутар ЦЕРН-овог Великог хадронског сударача (ЛХЦ). Такви судари стварају млазове енергетских честица, попут кваркова, као и кап кварк-глуонске плазме која је прожимала свемир у његовом најранијем добу.

Користећи јединствену стратегију која је омогућила јаснији увид у сударе тешких јона него у претходним експериментима, физичари су пратили кретање кваркова кроз КГП и мапирали енергију плазме након тих судара.

„Сада видимо да је плазма изузетно густа, толико да може да успори кварк и производи прскање и ковитлање попут течности. Дакле, кварк-глуонска плазма заиста јесте праисконска супа“, каже физичар Јен Ђие Ли са МИТ-а.

Кваркови који јуре кроз КГП преносе део своје енергије на плазму, губе брзину и стварају траг налик ономе који оставља брзи чамац.

„По аналогији, када имате чамац који се креће кроз језеро, траг је вода иза чамца која се креће у правцу његовог кретања. Чамац је пренео импулс на део воде који га ‘прати’“, објаснио је за Сајенс алерт физичар МИТ-а Кришна Раџагопал, који је развио модел који предвиђа флуидна својства КГП.

Међутим, уместо јасног трага какав се види у води, истраживачи су морали да закључе о његовом хаотичном постојању у својим капима КГП.

То захтева анализирање десетина хиљада снажно међусобно делујућих честица у плазми температуре од билион степени, која у ЛХЦ-у обично постоји само квадрилионити део секунде, како би се открило релативно мало честица померених тим трагом.

То није лако. Када се кваркови стварају у сударима у ЛХЦ-у, они никада не постоје сами, објаснио је Раџагопал за Сајенс алерт. Обично настају заједно са антикварковима, својим „партнерским“ честицама које су идентичне, али супротно наелектрисане. Кварк и његов антикварк одлазе у супротним правцима истом брзином, при чему сваки ствара сопствени траг, што отежава откривање.

Зато су физичари, уместо потраге за паровима кварк–антикварк као у претходним експериментима, тражили другачији пар честица. Понекад судари у ЛХЦ-у доводе до стварања кварка и Зед бозона, неутралне елементарне честице која не ствара траг јер не ступа у интеракцију са КГП.

Међутим, такви догађаји су ретки. Од 13 милијарди судара у ЛХЦ-у анализираних у студији, само око 2.000 произвело је Зед бозон. Ипак, захваљујући томе што Зед бозон не реагује са КГП, истраживачи су коначно могли да анализирају траг који изазива један брзи кварк. Као што је Раџагопалов модел предвидео, КГП је реаговала као течност, таласајући се и ковитлајући иза кварка.

Раџагопал истиче да је то „коначан и непогрешив доказ“ понашања КГП налик течности, али дуготрајна расправа о томе да ли КГП тече и таласа се попут течности можда још није завршена. Други истраживачи ће свакако детаљно испитати ове резултате.

Ипак, ова нова техника пружа оквир за проучавање сличних процеса у другим врстама судара високих енергија, што би могло расветлити једну од најтајанственијих супстанци у историји свемира.

„У многим другим областима науке, начин на који учите о својствима материјала јесте да га на неки начин пореметите и мерите како се то поремећање шири и расипа“, рекао је Раџагопал.

И то је део онога што физику чини забавном, ако нисте сигурни како нешто функционише, једноставно га сударите скоро брзином светлости.