Prin împletirea particulelor, fizicienii ar fi putut să creeze cea mai mică picătură de lichid din univers - o mărgărită de protoni de supă fierbinte și primordială.
Această supă de particule este plasma de quark-gluon, fluidul care a umplut cosmosul în primele microsecunde după Big Bang. Este la miliarde de grade și, cu aproape fricțiuni, se învârte în jurul vitezei luminii.
„Este cel mai extrem de fluid pe care îl știm”, a spus Jacquelyn Noronha-Hostler, un fizician teoretic la Rutgers University din New Jersey.
Fizicienii au ciocnit particule pentru a crea această supă primordială înainte, iar unele experimente au sugerat că anumite coliziuni produc picături la fel de mici ca protonii. Într-o nouă lucrare publicată pe 10 decembrie în jurnalul Nature Physics, fizicienii de la Pioneering High Energy Nuclear Interaction Experiment (PHENIX) au raportat care ar putea fi cele mai convingătoare dovezi că astfel de picături pot fi atât de minuscule.
„Ne face cu adevărat să ne regândim înțelegerea despre interacțiunile și condițiile acestui tip de flux de picături”, a declarat Jamie Nagle, fizician la Universitatea din Colorado Boulder, care a analizat datele din cele mai recente experimente. Rezultatele ar putea ajuta fizicienii să înțeleagă mai bine plasma quark-gluonului din universul timpuriu și natura fluidelor.
„Înseamnă că trebuie să rescriem cunoștințele despre ceea ce înseamnă a fi un fluid”, a declarat Live Science Noronha-Hostler, care nu a făcut parte din noile experimente.
Experimentele au fost făcute la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) de la Brookhaven National Laboratory din New York, unde fizicienii au creat prima plasmă cu quark-gluon în 2005 prin trântirea nucleelor atomice împreună. Quark-ul este particula fundamentală care formează protoni și neutroni, care la rândul lor alcătuiesc nuclee atomice. Gluonii sunt particulele purtătoare de forță care țin quark-uri împreună într-un proton sau neutron prin intermediul forței puternice, una dintre forțele fundamentale ale naturii.
Fizicienii au presupus anterior că picăturile de plasma de quark-gluon trebuiau să fie relativ mari, a spus Noronha-Hostler. Pentru ca o picătură să curgă ca un fluid, gândirea a mers, obiectul trebuia să fie mult mai mare decât particulele sale constitutive. O picătură tipică de apă, de exemplu, este mult mai mare decât moleculele proprii de apă. Pe de altă parte, un număr minuscul de trei sau patru molecule individuale de apă nu s-ar comporta ca un lichid, au considerat cercetătorii.
Așadar, pentru a face picături de plasmă cu quark-gluon cât mai mare, fizicienii de la RHIC au trântit împreună nuclee atomice mari, cum ar fi aurul, care produc picături de dimensiuni similare - de aproximativ 10 ori mai mari decât un proton. Dar fizicienii au descoperit că atunci când au intrat în coliziune cu particule mai mici, au detectat în mod neașteptat indicii de picături de lichid de dimensiuni de protoni - de exemplu, în coliziuni între protoni făcuți la Colizorul de Hadroni de lângă Geneva.
Pentru a afla dacă aceste picături mici ar putea exista, de fapt, fizicienii care conduc detectorul PHENIX la protonii RHIC au tras; nuclee deuteron, care conțin fiecare un proton și un neutron; și helium-3 nuclee la nucleele de aur. Dacă aceste coliziuni ar forma picături fluide de plasma de quark-gluon, oamenii de știință au motivat, picăturile ar avea diferite forme în funcție de ceea ce a lovit nucleele de aur. Lovitura unui proton ar crea o picătură rotundă; un deuteron ar produce o picătură eliptică, iar heliul-3 ar face o picătură triunghiulară.
O astfel de picătură ar trăi doar 100 de miliarde de mii de secundă înainte ca o căldură intensă să facă ca picătura să se extindă atât de repede, încât a explodat într-un flurry de alte particule.
Masurand aceste resturi de particule, cercetatorii au reconstruit picatura originala. Au căutat forme eliptice și triunghiulare în fiecare dintre cele trei tipuri de coliziuni, făcând șase măsurători totale. Experimentele au durat câțiva ani, iar la final, cercetătorii au detectat formele de poveste, sugerând că ciocnirile au creat picături de dimensiuni de protoni.
„Cu un set complet de șase măsurători, este greu să existe o explicație diferită, cu excepția imaginii picăturii”, a spus Nagle pentru Live Science.
Deși rezultatele sunt convingătoare, Noronha-Hostler a spus că nu este încă sigură încă. Cercetătorii au încă nevoie de măsurători mai bune ale jeturilor care izbucnesc din coliziunile particulelor. Dacă picăturile minuscule de fluid s-ar forma, impacturile dintre nucleele de aur și protonii, deuteronii sau heilum-3 ar fi trebuit să producă particule de mare viteză care au format jeturi, care apoi s-ar fi aruncat prin picăturile de quark-gluon nou create. Pe măsură ce jetul se scurgea prin fluid, acesta ar fi pierdut energie și s-a încetinit, ca un glonț care călătorește prin apă.
Dar până acum, măsurătorile arată că jeturile nu au pierdut atâta energie cât s-a prevăzut. Experimentele viitoare, cum ar fi versiunea actualizată a PHENIX, care este programată să fie lansată în 2023, ar trebui să-i ajute pe fizicieni să înțeleagă mai bine ce se întâmplă - și să stabilească cu siguranță dacă astfel de picături mici pot exista, a spus Noronha-Hostler.
