Οι φυσικοί δημιούργησαν τρία διαφορετικά σχήματα κηλίδων πλάσματος quark-gluon χρησιμοποιώντας το Relativistic Heavy Ion Collider στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven. Αυτό το πλάσμα είναι ένας εξωτικός τύπος ύλης που γέμισε το σύμπαν τα πρώτα χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά το Big Bang.
(Εικόνα: © Javier Orjuela Koop)
Για το πρώτο δευτερόλεπτο μετά το Big Bang, το σύμπαν δεν ήταν παρά μια εξαιρετικά καυτή «σούπα» κουάρκ και γλουόνων - υποατομικών σωματιδίων που θα γίνονταν τα δομικά στοιχεία των πρωτονίων και των νετρονίων. Τώρα, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, οι επιστήμονες δημιούργησαν ξανά αυτήν την αρχέγονη σούπα σε εργαστήριο.
Χρησιμοποιώντας το Relativistic Heavy Ion Collider στο Brookhaven National Laboratory στο Upton της Νέας Υόρκης, οι φυσικοί δημιούργησαν μικροσκοπικές σταγόνες αυτού του πλάσματος κουάρκ-γλουόν, συνθλίβοντας διαφορετικούς συνδυασμούς πρωτονίων και νετρονίων. Κατά τη διάρκεια αυτών των συντριβών, τα κουάρκ και τα γλουόνια που αποτελούσαν τα πρωτόνια και τα νετρόνια απελευθερώθηκαν και συμπεριφέρθηκαν ως υγρό, βρήκαν οι ερευνητές.
Ανάλογα με τον συνδυασμό σωματιδίων που έσπασαν οι ερευνητές, οι μικροσκοπικές, υγρές σφαίρες πλάσματος σχημάτισαν ένα από τα τρία διαφορετικά γεωμετρικά σχήματα: κύκλους, ελλείψεις ή τρίγωνα. [Εικόνες: Επιστροφή στο Big Bang & Early Universe]
«Το πειραματικό μας αποτέλεσμα μας έφερε πολύ πιο κοντά στην απάντηση στο ερώτημα ποια είναι η μικρότερη ποσότητα ύλης πρώιμου σύμπαντος που μπορεί να υπάρξει», δήλωσε σε δήλωση ο Jamie Nagle, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ.
Τα πλάσματα Quark-gluon δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά στο Brookhaven το 2000, όταν οι ερευνητές έσπασαν τους πυρήνες των ατόμων χρυσού. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες στο Large Hadron Collider στη Γενεύη αψήφησαν τις προσδοκίες όταν δημιούργησαν το πλάσμα συνθλίβοντας δύο πρωτόνια μαζί. "Αυτό ήταν εκπληκτικό επειδή οι περισσότεροι επιστήμονες υπέθεσαν ότι τα μοναχικά πρωτόνια δεν μπορούσαν να προσφέρουν αρκετή ενέργεια για να κάνουν κάτι που θα μπορούσε να ρέει σαν υγρό", ανέφεραν αξιωματούχοι της UC Boulder.
Ο Nagle και οι συνάδελφοί του αποφάσισαν να δοκιμάσουν τις ρευστές ιδιότητες αυτής της εξωτικής κατάστασης της ύλης δημιουργώντας μικροσκοπικές σφαίρες. Εάν το πλάσμα συμπεριφέρεται πραγματικά σαν ένα υγρό, οι μικρές σφαίρες θα πρέπει να μπορούν να κρατήσουν το σχήμα τους, προέβλεπαν οι ερευνητές.
"Φανταστείτε ότι έχετε δύο σταγονίδια που επεκτείνονται σε κενό", είπε ο Nagle. "Εάν τα δύο σταγονίδια είναι πολύ κοντά μεταξύ τους, τότε καθώς επεκτείνονται, συναντιούνται μεταξύ τους και σπρώχνουν το ένα το άλλο, και αυτό δημιουργεί αυτό το μοτίβο."
"Με άλλα λόγια, αν πετάξετε δύο πέτρες σε μια λίμνη κοντά, οι κυματισμοί από αυτές τις επιπτώσεις θα ρέουν ο ένας στον άλλο, σχηματίζοντας ένα μοτίβο που μοιάζει με έλλειψη", ανέφεραν αξιωματούχοι της UC Boulder. "Το ίδιο θα μπορούσε να ισχύει αν συντρίψατε ένα ζεύγος πρωτονίων-νετρονίων, που ονομάζεται δευτέρων, σε κάτι μεγαλύτερο ... Ομοίως, ένα τρίο πρωτονίων-πρωτονίων-νετρονίων, επίσης γνωστό ως άτομο ηλίου-3, μπορεί να επεκταθεί σε κάτι παρόμοιο σε ένα τρίγωνο. "
Με την εξάλειψη αυτών των διαφορετικών συνδυασμών πρωτονίων και νετρονίων σε άτομα χρυσού κοντά στην ταχύτητα του φωτός, οι ερευνητές μπόρεσαν να κάνουν ακριβώς αυτό που περίμεναν: να δημιουργήσουν ελλειπτικές και τριγωνικές σταγόνες πλάσματος quark-gluon. Όταν οι επιστήμονες έσπασαν ένα πρωτόνιο στο άτομο του χρυσού, το αποτέλεσμα ήταν μια κυκλική σταγόνα της αρχέγονης σούπας.
Αυτά τα βραχύβια σταγονίδια πλάσματος quark-gluon έφτασαν σε θερμοκρασίες τρισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η μελέτη αυτού του τύπου ύλης "θα μπορούσε να βοηθήσει τους θεωρητικούς να κατανοήσουν καλύτερα πώς το αρχικό πλάσμα κουάρκ-γλουόνου του σύμπαντος ψύχθηκε σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, γεννώντας τα πρώτα άτομα που υπάρχουν", δήλωσαν αξιωματούχοι του UC Boulder.
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δημοσιεύθηκαν στις 10 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Nature Physics.
