Naučnici su u LHC-u ponovo stvorili kvark-gluon plazmu i prvi put jasno pokazali da se ona ponaša poput kohezivne tečnosti. Tim sa MIT-a, koristeći CMS detektor i Z-bosone kao referencu, identifikovao je hidrodinamičke „tragove" koje ostavlja pojedinačni kvark. Analiza ~13 milijardi sudara (oko 2.000 događaja sa Z-bosonima) podržava predviđanja hibridnog modela i otvara mogućnost detaljnijeg ispitivanja svojstava najranije materije u univerzumu.
LHC Potvrdio: „Primordijalna Supa" Ranog Svemira Ponašala Se Kao Tečnost
An illustration shows a quark racing through the primordial soup or quark-gluon plasma that filled the early universe, creating a wave. | Credit: Jose-Luis Olivares/ MIT
Korišćenjem najmoćnijeg akceleratora čestica na svetu, CERN-ovog Velikog hadronskog sudarača (LHC), naučnici su ponovo stvorili kvark-gluon plazmu — tzv. primordijalnu „supu" koja je postojala u ranim trenucima posle Velikog praska — i pokazali da se ona ponašala kao kohezivna tečnost.
Šta je kvark-gluon plazma? To je ekstremno zagrejana plazma sastavljena od kvarkova i gluona koja je postojala u prvim mikrosekundama univerzuma. Danas su kvarkovi i gluoni uobičajeno zarobljeni unutar protona i neutrona, ali u sudarima teških jona pri velikim energijama mogu biti privremeno oslobođeni i oblikovati kapljicu te plazme.
Tim istraživača sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) koristio je 27-kilometarski LHC i detektor Compact Muon Solenoid (CMS) da stvori i posmatra osobine te egzotične materije. Umesto da traže tradicionalne parove kvark–antikvark, istraživači su koristili događaje u kojima su kvark i neutralni Z-boson stvoreni zajedno. Z-boson gotovo ne utiče na okolnu plazmu i zato služi kao "marker" koji ukazuje na putanju suprotnog kvarka — što omogućava da se jasno uoči trag koji kvark ostavlja u plazmi.
An image of the CMS detector at CERN's Large Hadron Collider. | Credit: CERN
Analizom podataka iz oko 13 milijardi sudara, tim je identifikovao približno 2.000 događaja sa Z-bosonom u kojima su posmatrane fluidne strukture — prskanja i talasi — koji su putovali suprotno od zabeleženih Z-bosona. Takvi obrasci su u skladu sa predviđanjima tzv. hibridnog modela, koji predviđa da kvark prolazeći kroz kvark-gluon plazmu izaziva „wakes" (tragove) slične talasima u tečnosti.
„Sada vidimo da je plazma izuzetno gusta, toliko da može da uspori kvark i proizvodi prskanja i vrtloge poput tečnosti. Tako da kvark-gluon plazma zaista jeste primordijalna supa,“ rekao je Yen-Jie Lee, profesor fizike na MIT-u.
Otkriće je važno jer daje prvo direktno eksperimentalno svedočenje da kvarkovi ne nailaze na plazmu kao na nasumičan skup slobodnih čestica, već da plazma reaguje koherentno — povlači se, talasa i formira hidrodinamičke obrasce. To potvrđuje ranije radove koji su sugerisali da je kvark-gluon plazma blizu "savršene tečnosti", tj. da ima veoma nisku viskoznost.
Zašto je to značajno? Razumevanje kako se kvarkovi i gluoni ponašaju u ovoj ekstremnoj fazi materije pomaže naučnicima da rekonstruišu fizičke uslove iz prvih trenutaka univerzuma i da preciznije modeluju evoluciju materije pri veoma visokim temperaturama i gustinama.
Rad tima je objavljen u časopisu Physics Letters B. Dalja analiza i upoređivanje sa različitim teorijskim modelima omogućiće detaljnije određivanje svojstava kvark-gluon plazme, uključujući njenu viskoznost, gustinu i brzinu širenja talasa.
Pomozite nam da budemo bolji.
