Naukowcy z CERN współpracujący z Wielkim Zderzaczem Hadronów (LHC) potwierdzili, że najwcześniejszy stan Wszechświata – plazma złożona z kwarków i gluonów o temperaturze bilionów stopni – zachowywał się jak ciecz, potwierdzając pogląd, że wczesny Wszechświat był dosłownie „pierwotną zupą”. Odkrycie to dostarcza kluczowych dowodów pozwalających zrozumieć warunki, które istniały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, kiedy powstały pierwsze cząstki elementarne.
Rekonstrukcja wczesnego Wszechświata
Plazma kwarkowo-gluonowa (QGP), stan materii, który istniał zaledwie ułamki milionowej sekundy po narodzinach Wszechświata, jest obecnie sztucznie odtwarzany poprzez zderzanie ciężkich jonów ołowiu z prędkościami bliskimi prędkości światła wewnątrz LHC. W tych ekstremalnych warunkach uwalniane są kwarki i gluony, zwykle uwięzione wewnątrz protonów i neutronów, tymczasowo naśladujące środowisko wczesnego Wszechświata.
Badacze z MIT, korzystając z detektora Compact Muon Solenoid (CMS) znajdującego się w LHC, zaobserwowali, że cząstki poruszające się przez ten QGP tworzą „fale” podobne do tych wytwarzanych przez łódź przecinającą wodę. To zachowanie dowodzi, że plazma reaguje na poruszające się cząstki jak płyn, a nie jak pojedyncze, losowo latające cząstki. Ta spójność definiuje go jako ciecz.
„Model hybrydowy” potwierdzony
Wyniki potwierdzają „model hybrydowy” QGP, który przewidywał tę reakcję przypominającą ciecz. W poprzednich eksperymentach trudno było wykryć te fale, ponieważ przeciwnie naładowane kwarki maskowały wzajemne efekty. Zespół MIT opracował nową metodę, przenosząc punkt ciężkości z par kwarków na analizę interakcji między kwarkami i neutralnymi bozonami Z. Bozony Z mają minimalny wpływ na otaczającą plazmę, umożliwiając badaczom izolację i obserwację fal wytwarzanych wyłącznie przez kwarki.
Po przeanalizowaniu 13 miliardów zderzeń w LHC zespół zidentyfikował ponad 2000 przypadków, w których kwark pozostawił wyraźną sygnaturę falową zgodną z dynamiką płynów. Dowody te potwierdzają, że QGP to nie tylko ciecz, ale prawdziwa ciecz zdolna do spowalniania poruszających się cząstek i generowania zmarszczek.
Implikacje dla kosmologii
Odkrycie to jest znaczące, ponieważ potwierdza teoretyczne modele wczesnego Wszechświata i zapewnia wgląd w powstawanie materii. KGP był nie tylko pierwszą cieczą, ale także najgorętszą – w bilionach stopni. Fakt, że jest to płyn niemal idealny, oznacza, że jego składniki łączą się ze sobą płynnie, bez tarcia.
„Po raz pierwszy mamy bezpośredni dowód na to, że kwark w rzeczywistości ciągnie ze sobą więcej plazmy podczas ruchu” – powiedział Yong-Jie Lee, członek zespołu MIT. „Pozwoli nam to zbadać właściwości i zachowanie tej egzotycznej cieczy z niespotykaną dotąd precyzją”.
Możliwość studiowania tej pierwotnej zupy pozwoli nam udoskonalić naszą wiedzę na temat najwcześniejszych momentów Wszechświata i warunków, które dały początek materii, którą widzimy dzisiaj.
