Imediat după Big Bang, Universul era o „supă” de plasmă incredibil de densă, cu o temperatură de un trilion de grade. Într-un experiment revoluționar, cercetătorii au descoperit primele dovezi că această materie primordială exotică chiar se unduia și se învârtea asemenea unei supe, relatează ScienceAlert.
În termeni puțin mai științifici, această supă vâscoasă se numește plasmă quarc-gluon (QGP). A fost primul și cel mai fierbinte lichid care a existat vreodată. Modelele teoretice sugerează că a strălucit de un miliard de ori mai fierbinte decât suprafața Soarelui, timp de câteva milionimi de secundă, înainte de a se extinde, a se răci și a se agrega în atomi.
Cum au recreat fizicienii condițiile de după Big Bang
După cum se arată într-un studiu recent, o echipă de fizicieni de la MIT și CERN a recreat coliziuni între ioni grei, similare celor care au generat QGP, pentru a-i explora proprietățile. De exemplu, atunci când un quarc se deplasează prin plasmă, ricoșează și produce stropi ca într-un lichid coerent sau se împrăștie aleatoriu, ca într-o colecție de particule?
Pentru a afla răspunsul, cercetătorii au analizat date privind coliziunile dintre particule de plumb, ciocnite la aproape viteza luminii în interiorul Acceleratorului Mare de Hadroni (LHC) de la CERN. Astfel de coliziuni produc jeturi de particule energetice, precum quarcuri, dar și o picătură de QGP — substanța care a umplut Universul în primele sale momente. Folosind o strategie unică, ce a oferit o imagine mai clară a coliziunilor dintre ioni grei decât experimentele anterioare, fizicienii au urmărit mișcarea quarcurilor prin QGP și au cartografiat energia plasmei în urma acestor coliziuni.
„Acum vedem că plasma este incredibil de densă, suficient încât să poată încetini un quarc și să producă stropi și vârtejuri ca un lichid. Așadar, plasma quarc-gluon este cu adevărat o supă primordială”, spune fizicianul Yen-Jie Lee de la MIT.
Dâra lăsată de quarcuri în plasmă
Quarcurile care traversează rapid QGP transferă o parte din energia lor plasmei, își pierd viteza și creează o dâră, asemenea unei bărci care se deplasează cu viteză.
„Prin analogie, când ai o barcă ce se deplasează pe un lac, dâra este apa din spatele bărcii care se mișcă în direcția acesteia. Barca a transferat impuls unei regiuni de apă care o «urmează»”, a explicat fizicianul MIT Krishna Rajagopal, care a dezvoltat un model ce a prezis proprietățile fluide ale QGP. Însă, în locul unei dâre clare, ca în apă, cercetătorii au trebuit să deducă existența acesteia în picăturile lor de QGP, mult mai haotice.
Acest lucru presupune analizarea a zeci de mii de particule care interacționează violent într-o plasmă de un trilion de grade, ce există în LHC doar pentru o cvadrilionime de secundă, pentru a detecta relativ puținele particule deplasate de dâră. Nu este deloc simplu. Atunci când quarcurile sunt produse în coliziunile din LHC, ele nu există niciodată singure, a explicat Rajagopal. De obicei, apar împreună cu antiquarcuri, particule corespondente identice, dar cu sarcină opusă. Quarcul și antiquarcul său se deplasează în direcții opuse, cu aceeași viteză, fiecare creând o dâră și complicând detectarea.
Cheia experimentului
Prin urmare, în loc să caute perechi quarc–antiquarc, așa cum făceau experimentele anterioare, fizicienii au căutat un alt tip de pereche de particule. Uneori, coliziunile din LHC duc la formarea unui quarc și a unui boson Z, o particulă elementară neutră care nu produce o dâră, deoarece nu interacționează cu QGP.
Totuși, aceste evenimente sunt rare. Din 13 miliarde de coliziuni analizate în studiu, doar aproximativ 2.000 au produs un boson Z. Însă, datorită faptului că bosonul Z nu interacționează cu QGP, cercetătorii au reușit în sfârșit să analizeze dâra provocată de un singur quarc rapid. Așa cum prezisese modelul lui Rajagopal, QGP s-a comportat ca un lichid, unduindu-se și formând vârtejuri în urma quarcului.
O dovadă „definitivă”
Rajagopal a declarat că aceasta este o „dovadă definitivă și incontestabilă” a comportamentului asemănător unui lichid al QGP, însă dezbaterea veche privind dacă QGP curge și formează ondulații ca un fluid s-ar putea să nu fie încă încheiată.
Alți cercetători vor analiza cu siguranță rezultatele cu atenție. Cu toate acestea, noua tehnică oferă un cadru pentru explorarea unor procese similare în alte tipuri de coliziuni de înaltă energie, posibil aducând lumină asupra uneia dintre cele mai misterioase substanțe din istoria Universului.
Comentează