Otkrivena temperatura pra‑univerzuma — kvark‑gluonska „čorba" dostigla 3,3 biliona °C

Fizičari su prvi put precizno izmerili temperaturu kvark‑gluonske plazme stvorene u sudarima jezgara zlata

Poslednjih 25 godina naučnici u Nacionalnoj laboratoriji Brookhaven na Long Islandu sudarima ubrzanih jezgara zlata stvaraju najvreliju materiju ikada proizvedenu na Zemlji. Nastala kvark‑gluonska plazma — često opisivana kao prapra‑ili "kosmička čorba" — oponaša stanje univerzuma neposredno nakon Velikog praska. Tim iz eksperimenta STAR je sada po prvi put precizno odredio temperaturu tog kratkotrajnog stanja.

Eksperiment je izveden u Relativističkom sudaraču teških iona (RHIC) koristeći detektor STAR (Solenoidal Tracker at RHIC). Jezgra zlata ubrzana duž kružnog ramena dužine 2,4 milje sudare se pri brzinama bliskim brzini svetlosti i, na trenutak, „rastope” se u vreli oblak kvarkova i gluona. Svaki takav oblak traje delić sekunde i pri hlađenju emituje mnoge čestice — među njima i fotone koji se pretvaraju u parove elektron‑pozitron.

Da bi odredili temperaturu, istraživači su izmerili raspone (invariantne mase) tih parova elektrona i pozitrona, što im je omogućilo da procene energiju fotona koji su ih stvorili, a zatim i temperaturu mesta emisije. Na osnovu tih merenja došli su do vrednosti od 3,3 biliona °C (≈5,94 biliona °F) — oko 220.000 puta toplije od jezgra Sunca. Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Communications.

„Ovo su gradivni blokovi čestica koje čine vidljivi svet i pokušavamo da razumemo kako funkcionišu,”

— Zhangbu Xu, Brookhaven National Laboratory / Kent State University

Utvrđivanje tačne temperature kvark‑gluonske plazme važan je korak u razumevanju kada i kako je univerzum prešao iz prapra‑plazme u stabilne gradivne čestice, poput protona i neutrona. Ovo se smatra delom mapiranja fundamentalnog "dijagrama faza" materije na najosnovnijem nivou.

RHIC i eksperiment STAR ulaze u završnu fazu sadašnje serije snimanja podataka nakon oko 25 godina rada. Mašine će uskoro biti privremeno ugašene kako bi se napravilo mesta za veći projekat — Elektron‑Jon ubrzivač (Electron‑Ion Collider), planiran za početak rada tokom 2030‑ih. Ipak, analiza poslednjih podataka iz STAR‑a nastaviće se narednih godina kako bi se dodatno poboljšale mere i interpretacije.

Zašto je ovo važno?

Preciznije merenje temperature omogućava bolju rekonstrukciju uslova u najranijim trenucima kosmosa i daje uvid u ponašanje kvarkova i gluona izvan stabilnih nuklearnih okvira. Takva saznanja doprinose osnovnoj fizici i pomažu u razvoju teorijskih modela koji objašnjavaju kako su se prvi atomi formirali iz ove prapra‑plazme.