Физики, работающие над воссозданием материи, существовавшей при рождении Вселенной, ожидали чего-то похожего на газ и в итоге получили «идеальную» жидкость, сообщили четыре группы исследователей на собрании Американского физического общества 18 апреля. Одна из команд возглавляется MIT.
«Эти поистине ошеломляющие находки привели нас к выводу, что мы видим нечто совершенно новое - неожиданную форму материи - которая открывает новые возможности для размышлений о фундаментальных свойствах материи и условиях, которые существовали сразу после [Большого взрыва], ”Сказал Раймонд Орбах, директор Управления науки Министерства энергетики США, основной сторонник исследования.
В отличие от обычных жидкостей, в которых отдельные молекулы движутся беспорядочно, новая материя, кажется, движется по схеме, которая демонстрирует высокую степень координации между частицами - что-то вроде косяка рыбы, которая реагирует как единое целое, перемещаясь в изменяющейся среде. Это движение жидкости почти «идеально», как определено уравнениями гидродинамики.
Изобразите поток меда, затем поток воды. «Вода течет намного легче, чем мед, и новая жидкость, которую мы создали, кажется, течет гораздо легче, чем вода», - сказал Вит Буша, руководитель группы MIT и профессор физики Фрэнсис Фридман. Другие преподаватели Массачусетского технологического института, участвующие в работе, - профессор Болек Уислоуч и доцент Гюнтер Роланд, оба физики.
Буша отмечает, что результаты не исключают, что газообразная форма материи существовала в какой-то момент в молодой вселенной, но данные действительно предлагают «нечто иное, и, возможно, даже более интересное, при более низких плотностях энергии, созданных в RHIC». (Релятивистский коллайдер тяжелых ионов).
Исследование также привело к ряду других сюрпризов. Например, «в данных мы видим элегантность, которая еще не отражена в нашем теоретическом понимании», - сказал Роланд.
Рождение вселенной
Приблизительно через десять миллионов долей секунды после Большого взрыва физики полагают, что Вселенная была составлена из газа слабо взаимодействующих объектов, кварков и глюонов, которые в конечном итоге слипались бы вместе, образуя атомные ядра и материю, как мы ее знаем.
Итак, в течение последних 25 лет ученые работали над воссозданием этого газа, или кварк-глюонной плазмы, путем создания еще больших атомных разрушителей. «Идея состоит в том, чтобы разогнать ядра почти до скорости света, а затем столкнуться с ними, - сказал Буша. «В этих условиях ожидается формирование плазмы». Текущие результаты были достигнуты на релятивистском коллайдере тяжелых ионов, расположенном в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики.
RHIC ускоряет золотые ядра в круглой трубе диаметром около 2 километров. В четырех местах ядра сталкиваются, и вокруг этих мест команды ученых создали детекторы для сбора данных. Четыре инструмента - STAR, PHENIX, PHOBOS и BRAHMS - различаются в своих подходах к отслеживанию и анализу поведения частиц. Работа, представленная на совещании APS, суммирует результаты RHIC за первые три года для всех четырех устройств. Документы от каждой команды также будут опубликованы одновременно в следующем номере журнала Nuclear Physics A.
MIT является ведущим учреждением для PHOBOS, сотрудничества между США, Польшей и Тайванем. «Мы очень маленькие», - сказал Буша, который разработал концепцию устройства. «STAR и PHENIX каждый стоят около 100 миллионов долларов и имеют около 400 сотрудников. Мы стоим менее 10 миллионов долларов и имеем около 50 человек », - сказал он. (БРАМ тоже маленький.)
Тем не менее, команда PHOBOS получила первые физические результаты из трех из пяти экспериментальных запусков RHIC и стала первой на четвертом. (Пятый прогон все еще анализируется.)
Для одного из этих прогонов команда собрала данные, проанализировала их и представила документ о работе всего за пять недель. «Это неслыханно в физике высоких энергий», - сказал Буша, который считает Роланда быстрым поворотом. «Он был человеком, который управлял извлечением физики из данных».
Что дальше?
Хотя большие детекторы RHIC будут продолжать собирать данные, PHOBOS был удален. «С точки зрения затрат и выгод мы чувствуем, что извлекли как можно больше знаний из такого небольшого эксперимента», - сказал Буша.
Так что команда сейчас смотрит в будущее. Члены надеются продолжить обучение в преемнике RHIC, Большом адронном коллайдере (LHC), строящемся в Европе. У этого объекта будет в 30 раз больше энергии столкновения RHIC, что значительно приблизит ученых к условиям рождения Вселенной. «В LHC мы проверим то, что, по нашему мнению, мы узнали от RHIC», - сказал Буша. «Мы также ожидаем новых сюрпризов, возможно, даже больших сюрпризов», - заключил он.
Исследовательский персонал Массачусетского технологического института, в настоящее время работающий в PHOBOS, - это Мартен Баллинтин, Петр Кулинич, Кристоф Роланд, Джордж Стефанс, Робин Вердиер, Геррит ван Нойвенхуйзен и Константин Лойзидес. Шесть аспирантов также в команде; исследование уже привело к пяти тезисам, два из которых находятся в процессе.
Первоначальный источник: пресс-релиз MIT
