Fyzici vytvořili malinké vzorky kvarkové polévky z mladého vesmíru
14.12.2018, Jan Vítek, aktualita
Co se stane, když téměř rychlostí světla bombardujeme částice zlata? Získáme tzv. kvarkovou polévku, respektive její malinké vzorky. Jde o materiál, z nějž se měl skládat velice mladý vesmír. A k čemu to vůbec může být?
Správně bychom měli mluvit o kvark-gluonovém plazmatu (QGP), což je skupenství hmoty vznikající při extrémních teplotách a tlacích a předpokládá se, že celý vesmír byl tímto skupenstvím tvořen pouhých několik desítek mikrosekund po velkém třesku. O vytvoření kvarkové polévky se pokoušeli už ke konci minulého století v CERNu a poté pokusy pokračovaly.
První vzorek QGP byl vytvořen před necelými dvaceti lety srážkou dvou těžkých atomů, ovšem nový výzkum šel ještě dále. Jde experiment PHENIX z Brookhaven National Laboratory, který ukázal, že je možné vytvořit toto skupenství i s pomocí menších částeček hmoty, jako třeba protonů, které téměř v rychlosti světla narazí do těžkého atomového jádra, například zlata.
Díky tomu fyzici ke svému překvapení zjistili, že malinké "kapičky" QGP pak expandují ve třech různých podobách, a to jako kruh, elipsa nebo něco jako trojúhelník. To přitom záviselo vždy na tom, čím do atomového jádra zlata třískneme. Pokud se využil proton, šlo o první případ, čili kruh. Když se využilo deuterium (atom s párem protonu a neutronu v jádře), vytvořila se elipsa a atom helia-3 (proton-proton-neutron) vytvořil trojúhelníkový vzor. Jak se dá tušit, jde o dopad počtu částic, které se srazí. Ve skutečnosti se tak vytvoří jedna až tři kapičky QGP, které se pak vzájemně v některých místech překryjí.
Pokud si vezmeme čtyři základní formy hmoty, pevnou, tekutou, plynnou a plazma, pak QGP můžeme považovat za další formu, která je nejvzácnější a také nejbizarnější. Panovala v onen krátký čas po vzniku vesmíru, kdy byla hmota tak horká, že se v ní ani nemohly tvořit atomy. Jde o teploty v řádu jednotek bilionů stupňů a vědce pochopitelně zajímá, jak se hmota v takovém stavu chová a jaký podíl měla na dalším vývoji vesmíru.
geometrické vzory tvořené (seshora) protonem, deuteriem a heliem-3 po srážce z atomovým jádrem zlata
Dennis Perepelitsa, profesor z University of Colorado, k tomu podotýká, že ještě před pěti lety by byla přímo kacířská myšlenka o tom, že v takovýchto měřítkách (femtometry a menší) platí kolektivní dynamika. Ukazuje se však, že i takovéto miniaturní částečky QGP se mohou hovat jako ideální (či dokonalé) kapaliny. Taková kapalina je nestlačitelná a nevykazuje žádné vnitřní tření.
Diky výsledků pozorování kapiček QGP budou moci teoretičtí fyzici připravit modely popisující, jak původní kvarková polévka v mladém vesmíru chladla během prvních milisekund jeho existence a jak se v ní tvořily první atomy. Samotný experiment PHENIX bude brzy vylepšen a nový sPHENIX už bude moci tvořit QGP ještě v mnohem menších měřítkách.
Zdroj: Astronomy