Drie vormen van quark-gluon plasma druppels.
Het heelal begon met een knal—en de dingen meteen raar.
Sterren en melkwegstelsels had niet meteen. Wetenschappers denken dat materie was in eerste instantie een bijna perfecte vloeistof van de quarks, de kleinste bekende onderdeel van de atomen. Ze hebben bewijs gevonden van deze vloeistoffen in de hoge-energie deeltjes versneller-experimenten. Nu, bewijs blijft te monteren dat deze vloeistoffen kunnen vormen op onverwachte manieren, waardoor kleine druppeltjes die stroom naar buiten explosief, zoals vloeibaar Big Bangs in miniatuur en wetenschappers beginnen te beheersen.
“We waren eigenlijk kunnen engineer de vorm van de druppels door het selecteren van het type projectiel,” Julia Velkovska, professor aan de Vanderbilt University, die geadviseerd student Sylvia Morgen en graduate Qiao Xu die werkte op de analyse, vertelde Gizmodo.
Atomen bestaan uit elektronen, protonen en neutronen, met de laatste twee verder opgebouwd uit quarks, die aan elkaar zijn geplakt door deeltjes genoemd gluonen. Quarks zijn niet te scheiden, en als je genoeg energie in het proberen om ze van elkaar trekken, meer quarks zal materialiseren in de tussenliggende ruimte, mogelijk resulterend in een “jet” van nieuwe deeltjes. Bij temperaturen van rond de 2 biljoen graden Celsius (verwijzend naar de wetenschappelijke definitie van temperatuur, wat betekent dat de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes—deeltjes detectoren zelf niet krijgen, dat heet), het systeem kan een vloeistof met quarks, in plaats van een atoom, die optreedt als zijn samenstellende delen. Deze vloeistof heet de “quark-gluon plasma,” of soms “quark soep.”
Wetenschappers van de Large Hadron Collider in Genève, Zwitserland, en de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) aan het Brookhaven National Laboratory zijn de productie van deze vloeistof een decennium door botsende kernen. Maar meer verrassend, het bewijs is begin te monteren dat ze het kunnen maken van deze quark-gluon plasma met kleinere systemen, zelfs gewoon protonen, iets wat voorheen onmogelijk leek. Een nieuwe studie van wetenschappers aan de RHIC de PHENIX experiment is de volgende stap in het begrijpen van deze vreemde vloeistof en hoe het vormt.
“Pas als vijf jaar geleden, het zou zijn ketterse te denken, kan veel van het lichaam, collectieve dynamiek in deze verwaarloosbaar klein (femtometer schaal of kleiner) systemen,” Dennis Perepelitsa, assistent-professor aan de Universiteit van Colorado, Boulder en lid van de PHENIX samenwerking vertelde Gizmodo. Dit papier “grondig stelt” dat er iets van belang gebeurt—de mogelijke oprichting van kleine druppeltjes van het quark-gluon plasma.
Onderzoekers van de RHIC de PHENIX-experiment hebben nu aangekondigd dat het resultaat van de modellering en analyse van de gegevens op de collider sinds 2014. Balken van botsende protonen gemaakt bolvormige druppeltjes van het quark-gluon plasma dat uit te breiden in een ronde vorm. Deuteronen (een proton en een neutron samen) botsen met goud kernen gemaakt uitbreiding van ellipsen, en helium-3-kernen (twee protonen en een neutron) botsen met goud kernen gemaakt uitbreiding van driehoeken. Ze publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Nature Physics.
Dit is spannende dingen. Het is een verder bewijs dat de wetenschappers kunnen maken van deze rare vloeistof, een theorie te bestaan in het universum de eerste blink, op onverwachte manieren. Maar de zogenaamde “collectieve flow” dat dit experiment rapporten—de quarks zich en stromen als een eenheid—is slechts één van de handtekening van de vloeistof. Wetenschappers gespot andere van deze handtekeningen, een verbetering in het aantal van een bepaalde soort quark riep de vreemde quark, vorig jaar bij de Large Hadron Collider van het ALICE-experiment. Maar er is een derde handtekening ontbreekt nog, verklaarde Perepelitsa: “jet afschrikken,” een onderdrukking van het deeltje jets geproduceerd uit quarks en gluonen in hoogenergetische botsingen normaal gezien in de detector tijdens deze soorten experimenten.
“We zijn nog niet definitief gezien dit fenomeen in de kleine systemen, maar er zijn een aantal interessante tips op p+Pb (proton op te leiden) gegevens,” zei hij. “Nog steeds is het ontbreken van een duidelijke observatie in kleine systemen heeft gesuggereerd dat misschien moeten we opnieuw nadenken over wat de gegevens vertellen ons over de grote systemen.” Misschien, zei Velkovska, de systemen zijn eenvoudig te klein is om een merkbaar effect op de jet.
De volgende stap in het verhaal is om te begrijpen van al die stukken bij elkaar. Hoe werkt het quark-soep gemaakt door botsende protonen vertalen naar het quark-soep gemaakt door botsende atoomkernen? Wat zegt dat natuurkundigen over de aard van deze verbijsterende fase van de materie?
Dit zijn vragen voor nieuwe versnellers en detectoren. De LHC zal worden offline voor twee jaar, want het wordt een verscheidenheid van renovaties, PHENIX in RHIC krijgt een upgrade worden sPHENIX, en misschien nieuwere experimenten zal verder open wetenschappers’ ogen die naar de aard van ons heelal in de eerste momenten.
Maar op het meest algemene niveau, hebben wetenschappers een manier gevonden om de controle van de heetste fase van de materie toegankelijk te maken voor mensen, zei Velkovska. “Dat is een geweldige prestatie.”
[De Natuur Natuurkunde]
Dit verhaal is bijgewerkt met de reactie van Julia Velkovska.
Deel Dit Verhaal