Naukowcy definitywnie potwierdzili, że Wszechświat w swoich najwcześniejszych momentach zachowywał się jak niewiarygodnie gorący, gęsty płyn – zupa podstawowych cząstek znana jako plazma kwarkowo-gluonowa (QGP). Ten przełom, osiągnięty w wyniku wysokoenergetycznych zderzeń w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN, dostarcza najbardziej przekonującego dowodu jak dotąd na płynność materii bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.
Pierwsza ciecz wszechświata
Zaraz po Wielkim Wybuchu wszechświat istniał w stanie materii, którego nigdy bezpośrednio nie obserwowaliśmy poza symulacjami laboratoryjnymi: QGP. Ta egzotyczna substancja, gorętsza niż miliard słońc, była nie tylko gorąca, ale zachowywała się jak ciecz, stawiając opór przepływowi jak miód, a nie jak gaz.
Odkrycie to jest ważne, ponieważ potwierdza teoretyczne modele wczesnego Wszechświata i pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób z tego chaotycznego stanu wyłoniły się fundamentalne siły. Istnienie QGP w postaci cieczy jest przedmiotem dyskusji od lat; Fizycy mają teraz jasne dowody eksperymentalne.
Odtwarzanie Wielkiego Wybuchu w kolizjach
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i CERN odtworzyli warunki podobne do tych, które istniały tuż po Wielkim Wybuchu, zderzając ze sobą ciężkie jony (cząstki ołowiu) z prędkością bliską prędkości światła. Zderzenia te generują temperatury wystarczająco wysokie, aby na krótko utworzyć QGP, które następnie rozpadają się na bardziej znane cząstki.
Kluczową innowacją była nowa metoda analizy zachowania kwarków wewnątrz tej plazmy. Zamiast szukać par kwark-antykwark (które tworzą splątane ścieżki), naukowcy skupili się na rzadkich zderzeniach, w wyniku których powstaje kwark wraz z neutralnym bozonem Z. Bozon Z nie oddziałuje z plazmą, co pozwala badaczom wyizolować ślad pozostawiony przez kwark.
„Fala” ujawnia płynność
Wyniki były jasne: kwarki poruszające się przez QGP zwalniają i powodują zakłócenia podobne do ruchu łodzi po wodzie. Potwierdza to, że plazma to nie tylko zbiór cząstek, ale spójny płyn zdolny przeciwstawić się ruchowi i przekazywać energię. Jak mówi fizyk Yeon-Jie Lee: “Teraz widzimy, że plazma jest niewiarygodnie gęsta, tak bardzo, że może spowolnić kwark i wytwarzać rozpryski i wiry jak ciecz. Zatem plazma kwarkowo-gluonowa jest naprawdę pierwotną zupą.”
Dlaczego to jest ważne
Zrozumienie zachowania CGP jest kluczowe z kilku powodów:
- Fizyka wczesnego Wszechświata: Pierwsze milisekundy wszechświata były zdominowane przez QGP. Znajomość jego właściwości otwiera zrozumienie powstawania materii, jaką znamy.
- Siły podstawowe: Sposób, w jaki zachowuje się QGP, daje wskazówki na temat tego, jak silne oddziaływania jądrowe, które wiążą kwarki, działają w ekstremalnych temperaturach i gęstościach.
- Badania przyszłości: Metody eksperymentalne opracowane w tym badaniu można zastosować do badania innych zderzeń wysokoenergetycznych i egzotycznych stanów materii.
„W wielu innych dziedzinach nauki, aby poznać właściwości materiału, trzeba go w jakiś sposób zakłócić, a następnie zmierzyć, w jaki sposób to zaburzenie się rozprzestrzenia i rozprasza” – wyjaśnia fizyk Krishna Rajagopal.
Ten eksperyment nie tylko potwierdza teorię; zapewnia nowy sposób eksploracji najbardziej ekstremalnych środowisk we wszechświecie. Potwierdzenie, że wczesny Wszechświat rzeczywiście był gorącą, bulgoczącą zupą cząstek, otwiera nowe, ekscytujące możliwości zrozumienia pochodzenia wszystkiego.
