Разбијајући честице заједно, физичари су можда створили и најмању капљицу течности у свемиру - зрнца протоне величине вруће, првобитне супе.
Ова супа од честица је кварк-глуонска плазма, течност која је испунила космос током првих микросекунди након Великог праска. То је на трилијума степени, а са једва трењем лебди около брзином светлости.
"То је најекстремнија течност коју познајемо", рекла је Јацкуелин Норонха-Хостлер, теоријска физичарка са Универзитета Рутгерс у Нев Јерсеију.
Физичари су се прије сукобили у честицама како би створили ову првобитну супу, а неки експерименти сугерирају да одређени судари стварају капљице ситне попут протона. У новом раду објављеном 10. децембра у часопису Натуре Пхисицс, физичари из Пионирског експеримента за нуклеарну интеракцију с високом енергијом (ПХЕНИКС) известили су шта је можда најубедљивији доказ да такве капљице могу бити тако ситне.
"Заиста нас преиспитујемо наше разумевање интеракција и услова ове врсте капљица", рекао је Џејми Нагле, физичар са Универзитета у Колорадо Боулдеру који је анализирао податке у последњим експериментима. Резултати би могли помоћи физичарима да боље разумеју кварк-глуонску плазму раног свемира и природу течности.
"То значи да морамо поново да напишемо своје знање о томе шта значи бити флуид", рекла је Норонха-Хостлер, која није била део нових експеримената, за Ливе Сциенце.
Експерименти су изведени на релативистичком тешком јонском сударачу (РХИЦ) у Броокхавен Натионал Лаборатори у Њујорку, где су физичари створили прву кварк-глуон плазму 2005. године тако што су заједно распаднули атомска језгра. Кварк је основна честица која сачињавају протони и неутрони, који сачињавају атомска језгра. Глуони су честице које носе силу и које између јаких сила држе кваркове у протону или неутрону, једну од основних природних сила.
Физичари су раније претпостављали да капљице кварк-глуонске плазме морају бити релативно велике, рекао је Норонха-Хостлер. Да би капљица текла попут течности, размишљање је ишло, објект мора бити много већи од саставних честица. На пример, типична кап воде много је већа од властитих молекула воде. С друге стране, мали груд, рецимо, три или четири појединачне молекуле воде не би се понашале попут течности, сматрају истраживачи.
Дакле, како би капљице кварк-глуонске плазме биле што веће, физичари на РХИЦ-у разбили су велика атомска језгра попут злата, која производе капљице сличне величине - око 10 пута веће од протона. Али физичари су открили да су, приликом сударања мањих честица, неочекивано открили наговештаје капљица течне величине протона - на пример, у сударима протона који су извршени на великом хадронском сударачу близу Женеве.
Да би открили да ли ове ситне капљице заиста могу постојати, физичари покрећу ПХЕНИКС детектор на РХИЦ испаљеним протоновима; језгра деутерона, од којих свако садржи протон и неутрон; и хелијума-3 језгра у златним језграма. Ако би ови судари формирали капљице течности из кварк-глуонске плазме, научници су закључили, капљице би имале различите облике у зависности од тога у које златне језгре ударају. Ударање у протон створило би округлу капљицу; деутерон би произвео елиптичну капљицу, а хелијум-3 направио би трокутасту капљицу.
Таква капљица живела би само 100 милијарди милијарди секунди секунде пре него што је интензивна топлота проузроковала да се капљица тако брзо шири да је експлодирала у налету других честица.
Мерећи ове крхотине честица, истраживачи су реконструисали оригиналну капљицу. Они су тражили елиптичне и троугласте облике у свакој од три врсте судара, вршећи шест укупних мерења. Експерименти су трајали неколико година, а на крају су истраживачи открили облике лука, сугеришући да сударе стварају капљице величине протона.
"Уз комплетан сет од шест мерења, тешко је постојати другачије објашњење осим слике капљица," рекао је Нагле за Ливе Сциенце.
Иако су резултати убедљиви, Норонха-Хостлер је рекла да још није потпуно сигурна. Још увек су потребна боља мерења млазева који избијају од судара честица. Да су се формирале ситне капљице течности, ударци између златних језгара и протона, деутерона или хеилума-3 требало су да производе честице велике брзине које формирају млазове, а које би затим искапале кроз новостворене капљице кварк-глуон. Док је млаз шкљоцнуо кроз течност, изгубила би енергију и успорила, попут метка који путује кроз воду.
Али до сада, мерења показују да млазови нису изгубили толико енергије колико се предвиђало. Будући експерименти, попут надограђене верзије ПХЕНИКС-а која би требало да лансира 2023. године, требало би да помогну физичарима да боље схвате шта се догађа - и сигурно утврде да ли могу постојати такве ситне капљице, рекла је Норонха-Хостлер.
