Tim sa Univerziteta u Kopenhagenu i istraživači iz CERN‑a sudarili su lake jezgre (oksigen‑16 i neon‑20) kako bi rekreirali uslove neposredno posle Velikog praska. Rezultati objavljeni u Physical Review Letters pokazuju da je kvorak‑gluon plazma moguća i pri sudarima lakših elemenata, ne samo teških jezgara poput olova. Analizom raspodele čestica naučnici čitaju geometrijski oblik jezgara i planiraju dalje eksperimente sa još lakšim elementima, npr. helijum‑4.
CERN stvorio 'male' Velike praske: Kvorak‑gluon plazma moguća i iz lakih jezgara
Oxygen and neon nuclei created different particle patterns after colliding with each other.
Teško je zamisliti da se nešto od presudnog značaja može dogoditi u milionitom delu sekunde — a ipak je upravo u tom kratkom intervalu nastao jedan od ključnih trenutaka u ranom univerzumu. Fizičari veruju da je najraniji oblik materije, kvorak‑gluon plazma, postojao u tom bljesku vremena odmah posle Velikog praska pre oko 13,8 milijardi godina. U toj izuzetno vreloj i guste fazi, kvarki i gluoni nisu mogli da formiraju stabilne protone i neutrone; kako se svemir hladio i širio, oni su se vezivali i formirali osnovne gradivne blokove materije.
Dosadašnja teorija je pretpostavljala da se ovakva plazma formira pretežno u sudarima veoma teških jezgara, kao što je olovo. Tim sa Univerziteta u Kopenhagenu u saradnji sa CERN‑om odlučio je da testira tu premisu sudarajući znatno lakše jezgre: oksigen‑16 i neon‑20. Njihovi rezultati, objavljeni u časopisu Physical Review Letters, pokazuju da se kvorak‑gluon plazma može formirati i u sudarima lakših elemenata — što predstavlja značajan korak napred u razumevanju jakih nuklearnih sila i strukture jezgara.
Ilustracija: Vizuelizacija sudara neon‑20 i oksigen‑16 u Velikom sudaraču hadrona (LHC) u CERN‑u. Crediti: CERN
Kako su izveli eksperiment
Umesto da pokušavaju da direktno posmatraju izuzetno kratkotrajni sudar, naučnici analiziraju raspodelu i kretanje čestica koje nastaju odmah nakon interakcije. "Precizno razumevanje nuklearne strukture pomaže nam da shvatimo jaku silu," rekao je You Zou, koautor studije i fizičar sada na University of Maryland. "Mi sudaramo jezgra pri najvišim mogućim energijama i čitamo njihov oblik iz otiska koji ostave iza sebe."
An illustration of the collisions between neon-20 and oxygen-16 at the CERN Large Hadron Collider. Credit: CERN
Emil Gorm Dahlbæk Nielsen iz Niels Bohr Institute, takođe koautor, objašnjava metod jednostavnom analogijom: "To je kao da obasjate objekat i gledate njegovu senku — ne vidite objekt direktno, ali senka otkriva njegov oblik. Na isti način, kretanje čestica odaje geometriju početnih jezgara."
Šta su otkrili
Analize pokazuju da sudari dve jezgre oksigena proizvode zaobljeniji obrazac raspodele čestica, dok sudari neona daju obrazac koji podseća na kuglu za kuglanje (elongiraniji oblik). To znači da raspored nukleona u početnim jezgrama utiče na kolektivno ponašanje čestica i — pod odgovarajućim uslovima energije i gustine — može dovesti do formiranja kvorak‑gluon plazme čak i sa lakšim jezgrima.
Iako ovi eksperimenti ne dokazuju da su baš oksigen ili neon bili prisutni u ranim trenucima univerzuma, oni su važan korak ka identifikaciji koji su konkretni uslovi i sastavi mogli da izazovu prelaz u plazmeno stanje. Sledeće faze uključuju sudare još lakših jezgara, poput helijuma‑4, kako bi se dodatno testirale granice formiranja plazme.
Za You Zou‑a posebno je značajno što jedan eksperiment istovremeno unapređuje poznavanje nuklearne strukture i omogućava rekonstrukciju nekih od najranijih trenutaka univerzuma: "Ove dve stvari su mnogo bliže povezane nego što se na prvi pogled čini", zaključuje on.
Pomozite nam da budemo bolji.
