Открити са доказателства, че най-големият ускорител на частици в света може да създава малки капчици кварк-глуонна плазма, вещество, което е съществувало само мигове след Големия взрив. Това неочаквано откритие може да направи революция в нашите познания за ранната Вселена и основните градивни елементи на материята.
В Големия адронен колайдер (LHC), разположен на границата между Швейцария и Франция, учените са наблюдавали зокономерности в сблъсъци на частици, които намекват за образуването на кварк-глуонна плазма в сценарии, при които преди това са се смятали за невъзможни. Това откритие разкрива нови пътища за изследване на природата на материята на нейното най-фундаментално ниво.
Разкриване на загадката на кварк-глуонната плазма
Кварк-глуонната плазма е изключително горещо, течно състояние на материята, което е съществувало микросекунди след Големия взрив. В това състояние кварките и глуоните – частиците, които изграждат протоните и неутроните – плават свободно, вместо да са свързани заедно. Учените го описват като "перфектна" течност заради невероятно ниския си вискозитет, течаща дори по-лесно от водата.
Обикновено кварк-глуонната плазма се създава чрез сблъсък на тежки йони, като олово или злато, при изключително високи енергии. Тези сблъсъци се случват само на две места на Земята: LHC и релативистичния ускорител на тежки йони (RHIC) в Националната лаборатория Брукхейвън.
Въпреки това, скорошни открития от ATLAS Collaboration в ЦЕРН предполагат, че това екзотично състояние на материята може да се образува и при много по-слаби сблъсъци – по-специално, когато частици светлина (фотони) се сблъскат с оловни йони.
"Начинът, по който частиците текат след фотон-йонните сблъсъци, показва отличителния елиптичен модел, свързан с кварк-глуонната плазма", отбелязват изследователите. Това наблюдение е неочаквано, тъй като се смяташе, че фотоните нямат достатъчно енергия, за да разложат протоните и неутроните в масивните оловни ядра.
Тази графика показва енергийната плътност (жълтото е високо; лилавото е ниско) в различни моменти по време на хидродинамичната еволюция на материята, създадена при сблъсък на оловен йон (движещ се наляво) с фотон, излъчен от друг оловен йон (движещ срещу него). Кредит: Image courtesy of Chun Shen, Wayne State University
Квантовата физика дава възможно обяснение
С помощта на квантовата физика учените се опитват да обяснят този феномен. Те предполагат, че квантовите флуктуации позволяват на два фотона да взаимодействат и да създадат двойка кварк-антикварк, която може за кратко да образува междинна частица, наречена ро-мезон. За разлика от единичния фотон, ро-мезонът, който се сблъсква с оловен йон, може потенциално да има достатъчно въздействие, за да създаде кварк-глуонна плазма.
Теоретичните физици от Националната лаборатория Брукхейвън и Държавния университет Уейн са адаптирали съществуващите хидродинамични изчисления, за да моделират тези сблъсъци на фотони и йони. Техните изчисления са в съответствие с експерименталните данни от LHC, подкрепяйки възможността тези сблъсъци наистина да образуват "силно взаимодействаща течност" – потенциално малки капчици кварк-глуонна плазма.
"Тези проучвания сочат възможността тези много по-малки сблъсъци всъщност да образуват малки капчици кварк-глуонна плазма", заяви изследователският екип.
Защо има значение: Това изследване може значително да разшири нашето разбиране за ранната Вселена и фундаменталната природа на материята. Ако бъде потвърдено, способността за създаване на кварк-глуонова плазма при по-малки, по-контролирани сблъсъци може да предостави на учените нов инструмент за изучаване на това екзотично състояние на материята. Може също да доведе до прозрения за това как частиците придобиват маса и силната ядрена сила, която свързва кварките.
Последствията от това откритие се простират отвъд физиката на елементарните частици. Разбирането на поведението на материята при екстремни условия е от решаващо значение за области, вариращи от астрофизика до наука за материалите. Това потенциално може да доведе до нови технологии или материали с уникални свойства.
Докато учените продължават да анализират данни от LHC и се подготвят за бъдещи експерименти в съоръжения като Електро-йонния колайдер EIC (Electron-Ion Collider), те се надяват окончателно да потвърдят дали тези фотон-йонни сблъсъци наистина произвеждат кварк-глуонна плазма. Това изследване показва, че понякога най-значимите открития идват от разглеждането на съществуващите експерименти по нови начини.
Изследването на кварк-глуонната плазма остава сложна и тепърва развиваща се област. Въпреки че тези открития са интересни, изследователите предупреждават, че е необходима още работа, за да се докаже категорично образуването на кварк-глуонна плазма при фотон-йонни сблъсъци. Бъдещите експерименти и теоретична работа ще имат за цел да отговорят на оставащите въпроси и да изследват пълните последици от това потенциално новаторско откритие.
Източник: How Particles of Light May Be Producing Drops of the Perfect Liquid, energy.gov
Още по темата
Физика
Нов рекорд за най-тежко екзотично ядро от антиматерия
Физика
Какво се е случило при Големия взрив – нова теория и ново състояние на материята?
Физика
Най-силните магнитни полета не са в неутронните звезди, а в ядрата на атомите
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари