Физики создали три различные формы кварк-глюонных плазменных капель с использованием релятивистского коллайдера тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории. Эта плазма - экзотический тип материи, который заполнил вселенную в первые миллисекунды после Большого взрыва.
(Изображение: © Хавьер Оржуэла Куп)
В первые доли секунды после Большого взрыва Вселенная была не чем иным, как чрезвычайно горячим «супом» из кварков и глюонов - субатомных частиц, которые станут строительными блоками протонов и нейтронов. Теперь, спустя 13,8 миллиарда лет, ученые воссоздали этот первозданный суп в лаборатории.
Используя релятивистский коллайдер тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, физики создали крошечные капли этой кварк-глюонной плазмы, разбивая различные комбинации протонов и нейтронов. Исследователи обнаружили, что во время этих аварий кварки и глюоны, которые составляли протоны и нейтроны, вырвались на свободу и вели себя как жидкость.
В зависимости от того, какую комбинацию частиц разбили исследователи, крошечные жидкие шарики плазмы образовали одну из трех различных геометрических форм: круги, эллипсы или треугольники. [Изображения: вглядываясь в Большой взрыв и раннюю вселенную]
«Наши экспериментальные результаты приблизили нас к ответу на вопрос о том, что является наименьшим количеством вещества ранней вселенной, которое может существовать», - говорится в заявлении Джейми Нейгла, физика из Университета Колорадо в Боулдере, который принимал участие в исследовании.
Кварк-глюонная плазма была впервые создана в Брукхейвене в 2000 году, когда исследователи разбили ядра атомов золота. Затем ученые Большого адронного коллайдера в Женеве бросили вызов ожиданиям, когда создали плазму, разбив два протона вместе. «Это было удивительно, потому что большинство ученых предположили, что одиночные протоны не могли доставить достаточно энергии, чтобы создать что-то, что могло бы течь как жидкость», - заявили представители UC Boulder.
Нэгл и его коллеги решили проверить свойства жидкости этого экзотического состояния материи, создав его крошечные шарики. По прогнозам исследователей, если плазма действительно ведет себя как жидкость, маленькие шарики должны сохранять свою форму.
«Представьте, что у вас есть две капли, которые расширяются в вакуум», - сказал Нэгл. «Если две капли действительно близко друг к другу, то, расширяясь, они сталкиваются друг с другом и сталкиваются друг с другом, и именно это создает этот паттерн».
«Другими словами, если вы бросите два камня в пруд близко друг к другу, рябь от этих ударов будет перетекать друг в друга, образуя рисунок, напоминающий эллипс», - сказали представители UC Boulder. «То же самое могло бы быть правдой, если бы вы разбили протон-нейтронную пару, называемую дейтроном, во что-то большее ... Аналогично, протон-протон-нейтронное трио, также известное как атом гелия-3, может превратиться в нечто похожее в треугольник. "
Путем объединения этих различных комбинаций протонов и нейтронов в атомы золота со скоростью, близкой к скорости света, исследователи смогли сделать именно то, на что они надеялись: создать эллиптические и треугольные капли из кварк-глюонной плазмы. Когда ученые разбили один атом протона в атоме золота, в результате получилась круглая капля изначального супа.
Эти недолговечные капли кварк-глюонной плазмы достигли температуры триллионов градусов Цельсия. Исследователи полагают, что изучение этого типа материи "могло бы помочь теоретикам лучше понять, как исходная кварк-глюонная плазма Вселенной охлаждалась в течение миллисекунд, рождая первые атомы в существовании", заявили представители UC Boulder.
Результаты этого исследования были опубликованы 10 декабря в журнале Nature Physics.
