Fysikere Er Med Til At Skabe Utrolige ‘Quark Suppe’ Dråber, Der Breder Sig Som Little Big Bangs

Tre former af quark-gluon plasma-dråber.

Universet begyndte med et brag—og straks fik underligt.

Stjerner og galakser ikke danne højre væk. Forskere mener, at sagen var i første omgang en nær-perfekt væske af kvarker, der er det mindste kendt del af atomer. De har fundet bevis for disse væsker i højenergi partikel collider eksperimenter. Nu, beviser fortsætter med at montere det, at disse væsker kan danne på uventede måder, hvilket giver små dråber, der løber udad eksplosivt, som flydende Big Bangs i miniature—og forskerne er begyndt at kontrollere dem.

“Vi var faktisk i stand til at konstruere form af dråber ved at vælge den type af projektilet,” Julia Velkovska, professor ved Vanderbilt University, der anbefales ph.d. – studerende Sylvia Morgen-og kandidatniveau Qiao Xu, der har arbejdet med analyse, fortalte Gizmodo.

Atomer består af elektroner, protoner og neutroner, med de to sidstnævnte yderligere består af kvarker, som er limet sammen af partikler, der kaldes gluoner. Kvarker er umuligt at adskille, og hvis du har nok energi i at forsøge at trække dem fra hinanden, mere kvarker vil materialisere sig i den mellemliggende rum, der eventuelt resulterer i en “jet” af nye partikler. Ved temperaturer omkring 2 billioner grader Celsius (med henvisning til den videnskabelige definition af temperatur, som betyder, at den gennemsnitlige kinetiske energi af partiklerne—partikel detektorer, der ikke selv få det varmt), systemet kunne blive en væske med kvarker, snarere en atomer, der fungerer som dens enkelte dele. Denne væske kaldes “quark-gluon plasma,” eller nogle gange “quark suppe.”

Forskere ved Large Hadron Collider i Genève, Schweiz og Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) på Brookhaven National Laboratory har produceret denne væske for et årti ved at støde atomkerner. Men mere overraskende er, at beviser, der er begyndt at montere, at de kan skabe denne quark-gluon plasma-med mindre systemer, bare protoner, noget der tidligere var anset for umuligt. En ny undersøgelse fra forskere ved RHIC er PHENIX eksperiment er det næste skridt i forståelsen af denne mærkelige væske, og hvordan det former.

“Så sent som for fem år siden, ville det have været kættersk at tror, at man kan have mange-legeme, kollektive dynamik i disse forsvindende lille (femtometer skala eller mindre) systemer,” Dennis Perepelitsa, assisterende professor ved University of Colorado, Boulder og medlem af PHENIX samarbejde fortalte Gizmodo. Dette papir “grundigt konstaterer”, at der er noget vigtigt, der sker—den potentielle skabelse af små dråber af quark-gluon plasma.

Forskere ved RHIC er PHENIX eksperiment har nu offentliggjort resultatet af modellering og analyse af data taget ved collider, da 2014. Bjælker for at kollidere protoner skabt kugleformede dråber af quark-gluon plasma, der udvide sig i en cirkulær form. Deuterons (en proton og en neutron sammen) kolliderer med guld kerner skabt udvide ellipser, og helium-3 kerner (to protoner og en neutron) kolliderer med guld kerner skabt udvide trekanter. De har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Nature Physics.

Dette er spændende ting. Det er yderligere bevis på, at forskere kan skabe denne underlige væske, teoretiserede, at eksistere i universet første blink, på uventede måder. Men den såkaldte “kollektive flow”, at dette eksperiment rapporter—kvarkerne opfører sig og flyder som en enhed—er blot en underskrift af væsken. Forskere opdaget en anden af disse signaturer, en forøgelse i antallet af en bestemt type af quark kaldet strange quark, sidste år i Large Hadron Collider ‘ s ALICE eksperimentet. Men der er en tredje signatur stadig mangler fra kollision af mindre kerner, der er blevet set i kollisionen af guld atomer, forklarede Perepelitsa: “jet-quenching” en undertrykkelse af partikel-dyser fremstillet af kvarker og gluoner i højenergi kollisioner, der normalt ses i detektoren under disse former for eksperimenter.

“Vi har ikke endeligt set dette fænomen i små systemer, selv om der er nogle interessante tips i p+Pb (proton på bly) data,” sagde han. “Stadig, at der mangler en klar observation i små systemer har foreslået, at der måske er vi nødt til at genoverveje, hvad de data, der fortæller os om de store systemer.” Måske, sagde Velkovska, de systemer, der er simpelthen for lille til at gøre en mærkbar indvirkning på jet.

Det næste skridt i historien er at forstå alle disse stykker sammen. Hvordan quark suppe skabt ved at kollidere protoner oversætte til quark suppe skabt ved at støde atomkerner? Hvad fortæller det fysikere om karakteren af dette ufatteligt fase af sagen?

Disse er spørgsmål, for nye acceleratorer og detektorer. LHC vil være offline i to år, så det bliver en bred vifte af renoveringer, PHENIX ved RHIC vil modtage en opgradering til at blive sPHENIX, og måske nyere forsøg, vil yderligere at åbne forskernes øjne for at naturen af vores univers i sin tidligste øjeblikke.

Men på det mest generelle niveau, forskere har fundet en måde til kontrol af de hotteste fase af sagen tilgængelig for mennesker, sagde Velkovska. “At der på sin egen, er en stor præstation.”

[Nature Physics]

Denne historie er blevet opdateret med kommentar fra Julia Velkovska.

Dele Denne Historie


Date:

by