Με τη συντριβή των σωματιδίων μαζί, οι φυσικοί μπορεί να έχουν δημιουργήσει το μικρότερο σταγονίδιο υγρού στο σύμπαν - ένα σφαιρίδιο μεγέθους πρωτονίων από ζεστή, αρχέγονη σούπα.
Αυτή η σούπα σωματιδίων είναι το πλάσμα κουάρκ-γλυκονίου, το υγρό που πλήρωσε το σύμπαν κατά τη διάρκεια των πρώτων μικροδευτερολέπτων μετά το Big Bang. Βρίσκεται σε τρισεκατομμύρια βαθμούς, και με ελάχιστη τριβή, κυλά γύρω από την ταχύτητα του φωτός.
"Είναι το πιο ακραίο υγρό που γνωρίζουμε", δήλωσε ο Jacquelyn Noronha-Hostler, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Rutgers στο New Jersey.
Οι φυσικοί έχουν συγκρούσει σωματίδια για να δημιουργήσουν αυτή την πρωταρχική σούπα πριν, και μερικά πειράματα έχουν δείξει ότι ορισμένες συγκρούσεις παράγουν σταγονίδια τόσο μικρά όσο πρωτόνια. Σε μια νέα δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στις 10 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Nature Physics, οι φυσικοί του πρωτοποριακού πειράματος πυρηνικής αλληλεπίδρασης υψηλής ενέργειας (PHENIX) ανέφεραν ποια μπορεί να είναι η πιο πειστική απόδειξη ότι τέτοια σταγονίδια μπορεί να είναι τόσο μικροσκοπικά.
"Είναι πραγματικά μας πάρει για να ξανασκεφτούμε την κατανόησή μας για τις αλληλεπιδράσεις και τις συνθήκες αυτού του είδους ροής σταγονιδίων", δήλωσε ο Jamie Nagle, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder που ανέλυσε δεδομένα στα πιο πρόσφατα πειράματα. Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων του πρώιμου σύμπαντος και τη φύση των υγρών.
"Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να ξαναγράψουμε τις γνώσεις μας για το τι σημαίνει να είσαι υγρός", δήλωσε ο Νορόνα-φιλοξενούμενος, ο οποίος δεν ήταν μέρος των νέων πειραμάτων.
Τα πειράματα έγιναν στο Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven της Νέας Υόρκης, όπου οι φυσικοί δημιούργησαν το πρώτο πλάσμα κουάρκ-γλουτών το 2005, χτυπώντας τους ατομικούς πυρήνες από κοινού. Το κουάρκ είναι το θεμελιώδες σωματίδιο που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους σχηματίζουν ατομικούς πυρήνες. Τα γλουόνια είναι τα σωματίδια που μεταφέρουν τη δύναμη που συγκρατούν τα κουάρκ μαζί σε ένα πρωτόνιο ή νετρόνιο μέσω της ισχυρής δύναμης, μιας από τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.
Οι φυσικοί που ανέλαβαν προηγουμένως σταγονίδια του πλάσματος κουάρκ-γλουτώνων έπρεπε να είναι σχετικά μεγάλοι, δήλωσε η Noronha-Hostler. Για να ρέει ένα σταγονίδιο σαν ένα ρευστό, ο λόγος πήγε, το αντικείμενο έπρεπε να είναι πολύ μεγαλύτερο από τα συστατικά του σωματίδια. Μια τυπική σταγόνα νερού, για παράδειγμα, είναι πολύ μεγαλύτερη από τα μόρια του νερού. Από την άλλη πλευρά, μια μικροσκοπική δέσμη, για παράδειγμα, τριών ή τεσσάρων μεμονωμένων μορίων νερού δεν θα συμπεριφερόταν σαν υγρό, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Έτσι, για να καταστήσουν τα σωματίδια του πλάσματος κουάρκ-γλυκονίου όσο το δυνατόν μεγαλύτερα, οι φυσικοί στο RHIC χτύπησαν μαζί τους μεγάλους ατομικούς πυρήνες, όπως ο χρυσός, που παράγουν σταγονίδια παρόμοιου μεγέθους - περίπου 10 φορές μεγαλύτερα από ένα πρωτόνιο. Αλλά οι φυσικοί διαπίστωσαν ότι όταν συγκρούσαν μικρότερα σωματίδια, ανίχνευαν απροσδόκητα υπαινιγμούς σταγονιδίων ρευστού μεγέθους πρωτονίων - για παράδειγμα, σε σύγκρουση μεταξύ πρωτονίων που έγιναν στο Large Hadron Collider κοντά στη Γενεύη.
Για να μάθουμε αν αυτά τα μικροσκοπικά σταγονίδια θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να υπάρχουν, οι φυσικοί που τρέχουν τον ανιχνευτή PHENIX στα πρωτόνια που εκτοξεύονται με RHIC. πυρήνες δεύτερον, που το καθένα περιέχει ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. και πυρήνες ηλίου-3 σε πυρήνες χρυσού. Εάν αυτές οι συγκρούσεις σχημάτιζαν ρευστά σταγονίδια του πλάσματος κουάρκ-γλουτών, οι επιστήμονες σκέφτηκαν ότι τα σταγονίδια θα είχαν διαφορετικά σχήματα ανάλογα με το τι χτύπησαν οι χρυσοί πυρήνες. Το χτύπημα ενός πρωτονίου θα δημιουργούσε ένα στρογγυλό σταγονίδιο. ένα deuteron θα παρήγαγε ένα ελλειπτικό σταγονίδιο, και το ήλιο-3 θα έκανε τριγωνικό σταγονίδιο.
Ένα τέτοιο σταγονίδιο θα ζούσε μόνο για 100 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια του δευτερολέπτου πριν η έντονη θέρμανση θα προκαλέσει την επέκταση του σταγονιδίου τόσο γρήγορα ώστε να εκραγεί σε μια αναταραχή άλλων σωματιδίων.
Μετρώντας τα σωματίδια αυτά, οι ερευνητές ανακατασκευάστηκαν το αρχικό σταγονίδιο. Αναζητούσαν ελλειπτικά και τριγωνικά σχήματα σε κάθε έναν από τους τρεις τύπους συγκρούσεων, κάνοντας έξι συνολικές μετρήσεις. Τα πειράματα χρειάστηκαν αρκετά χρόνια, και στο τέλος, οι ερευνητές ανίχνευσαν τα αποκαλυπτικά σχήματα, υποδηλώνοντας ότι οι συγκρούσεις δημιούργησαν σταγονίδια μεγέθους πρωτονίων.
"Με ένα πλήρες σύνολο έξι μετρήσεων, είναι δύσκολο να υπάρξει διαφορετική εξήγηση εκτός από την εικόνα των σταγονιδίων", δήλωσε ο Nagle στην Live Science.
Ενώ τα αποτελέσματα είναι πειστικά, η Noronha-Hostler είπε ότι δεν είναι εντελώς σίγουρη. Οι ερευνητές εξακολουθούν να χρειάζονται καλύτερες μετρήσεις των πίδακες που εκρήγνυνται από τις συγκρούσεις σωματιδίων. Εάν οι μικροσκοπικές σταγόνες υγρού σχηματίστηκαν, οι επιπτώσεις μεταξύ των πυρήνων χρυσού και των πρωτονίων, των δεύτερων ή του heilum-3 θα έπρεπε να έχουν παράγει σωματίδια υψηλής ταχύτητας που σχημάτιζαν πίδακες, οι οποίοι τότε θα είχαν ανατινάξει τα νεοδημιουργούμενα σταγονίδια κουάρκ-γκλουόνιο. Καθώς το τζετ τρεμοπαίζει το ρευστό, θα είχε χάσει την ενέργεια και θα επιβραδύνει, όπως μια σφαίρα που περνάει μέσα από το νερό.
Μέχρι στιγμής όμως, οι μετρήσεις δείχνουν ότι τα αεριωθούμενα αεροσκάφη δεν έχασαν τόση ενέργεια όπως προβλεπόταν. Τα μελλοντικά πειράματα, όπως η αναβαθμισμένη έκδοση του PHENIX που προγραμματίζεται να ξεκινήσει το 2023, θα πρέπει να βοηθήσουν τους φυσικούς να καταλάβουν καλύτερα τι συμβαίνει - και να διαπιστώσουν με βεβαιότητα αν μπορούν να υπάρχουν τέτοια μικροσκοπικά σταγονίδια, δήλωσε η Noronha-Hostler.
