Karščiausia dalelių sriuba gali padėti atskleisti pirmykštės visatos paslaptis

Ypač karštų elementariųjų dalelių sriuba gali tapti raktu, padėsiančiu suprasti, kaip atrodė vos susiformavusi visata, teigia mokslininkai.

Per pastaruosius kelerius metus fizikai, vykdydami supergreitai skriejančių dalelių susidūrimus, šią sriubą sukūrė dviejuose galingiausiuose pasaulio dalelių greitintuvuose – Didžiajame hadronų kolaideryje (LHC) Šveicarijoje ir Reliatyvistiniame sunkiųjų jonų kolaideryje (RHIC) Niujorke.

Kai dvi dalelės susiduria, jos sprogsta išskirdamos gryną energiją, kuri pakankamai galinga, jog sutirpdytų atomus bei išskaidytų protonus ir neutronus (atomo branduolio sudedamąsias dalis) į juos sudarančius kvarkus ir gliuonus. Kiekviename protone ir neutrone yra po tris kvarkus, o gliuonai – masės neturintys klijai, kurie padeda kvarkus išlaikyti drauge.

Viso to rezultatas – plazma, kurią mokslininkai vadina „beveik tobulu skysčiu“, kur trintis beveik lygi nuliui, rašo LiveScience.com.

4–6 trilijonus laipsnių Celsijaus siekianti „kvarkų-gliuonų“ plazma yra karščiausias dalykas, kuris kada nors buvo sukurtas Žemėje. Jis beveik 100 tūkst. kartų karštesnis nei Saulės centras.

„Sukūrėme unikalios būsenos medžiagą, susidedančią iš kvarkų ir giuonų, kurie išlaisvinti iš protonų ir neutronų“, – teigė Stevenas Vigdoras, Brookhaveno Nacionalinės laboratorijos, kurioje įrengtas RHIC, fizikas.

Ši keista medžiagos būsena, kaip manoma, labai panaši į medžiagos formą, buvusią praėjus vos kelioms sekundės dalims po visatos gimimo per Didiįjį sprogimą, įvykusį maždaug prieš 13,7 mlrd. metų.

„Daugybė svarbiausių visatos bruožų įtvirtinta šiomis labai ankstyvomis visatos kūdikystės akimirkomis“, – teigė S. Vigdoras.

Netrukus po šios visatos fazės, kvarkai ir gliuonai turėjo susijungti ir suformuoti protonus bei neutronus, kurie, susigrupavę su elektronais, vėliau sudarytų atomus. Taip galiausiai turėjo susikurti galaktikos, žvaigždės ir planetos, kurias matome dabar.

Norėdami geriau suprasti, kaip tai nutiko, mokslininkai eksperimentuoja su šia pirmykšte sriuba, tirdami jos savybes, pavyzdžiui, klampumą, kuris parodo vidinę trintį, ar pasipriešinimą tekėjimui. Palyginus su kasdieniais skysčiais, tokiais kaip vanduo ar metus, kvarkų-gliuonų plazmos klampumas yra labai mažas.

Ši plazma taip pat nepaprastai tanki – čia dalelės susigrūdusios labiau nei neutroninėse žvaigždėse, suspaustuose medžiagos kamuoliuose, susidarančiuose tuomet, kai kai kurios žvaigždės sprogsta kaip supernovos.

„Dabar mes turime priemonių, leidžiančių su ja eksperimentuoti ir išsiaiškinti, kas per daiktas tai yra iš tiesų ir kodėl jis pasižymi tokiomis nepaprastomis savybėmis“, – teigė Jurgenas Schukraftas, CERN fizikos laboratorijos Ženevoje mokslininkas.

Vienas iš būdų, kaip mokslininkai eksperimentuoja su šios būsenos medžiaga – jie pro ją šaudo kitas daleles.

Pavyzdžiui, žavusis kvarkas yra kvarko rūšis, kurio masė 100 kartų didesnė nei aukštyn ir žemyn kvarkų, sudarančių protonus ir neutronus.

Kai fizikai, Didžiajame hadronų kolaideryje vykdantys ALICE eksperimentą, į kvarkų ir gliuonų plazmą įleido dalelių, turinčių žaviųjų kvarkų, jie nustatė, kad plazmos tėkmė buvo tokia stipri, jog su savimi nusitempė ir žaviąsias daleles, galiausiai sulėtindama jų tėkmę.

„Nors jos labai sunkios ir keliauja kaip patrankos sviediniai, galiausiai jos sulėtinamos. Ši medžiaga turi didžiulį gebėjimą sustabdyti net ir sunkiąsias daleles“, – kalbėjo J. Schukraftas.

Mokslininkai kvarkų-gliuonų plazmą sukurti siekė ne vienerius metus. 2005 metais fizikai manė ją sukūrę RHIC, tačiau tik 2010 metais pavyko patvirtinti, kad sukurta pakankamai karšta medžiaga, kad sukeltų tokią ekstremalią būseną.