Osakesi purustades võivad füüsikud tekitada universumis väikseima vedelikutilga - kuuma, ürgse suppi prootoni suuruse helme.
See osakeste supp on kvarkglüooni plasma, vedelik, mis täitis kosmose esimeste mikrosekundite jooksul pärast Suurt Pauku. See on triljonites kraadides ja vaevalt hõõrdumisega pöördub see ümber valguse kiiruse lähedal.
"See on kõige ekstreemsem vedelik, millest me teame," ütles New Jersey osariigis Rutgersi ülikooli teoreetiline füüsik Jacquelyn Noronha-Hostler.
Füüsikud on selle ürgse supi loomisel osakesed juba kokku põrganud ja mõned katsed on näidanud, et teatud kokkupõrked tekitavad prootoniteks nii väikeseid tilku. Uues artiklis, mis avaldati ajakirjas Nature Physics, 10. detsembril, teatasid teerajaja kõrge tuumaenergia interaktsiooni eksperimendi (PHENIX) füüsikud, mis võib olla kõige veenvam tõendusmaterjal, et sellised tilgad võivad olla nii pisikesed.
"See on tõesti sunnib meid ümber mõtlema oma arusaamale sellise tilkade voolu koosmõjudest ja tingimustest," ütles Colorado Boulderi ülikooli füüsik Jamie Nagle, kes analüüsis värskeimate katsete andmeid. Tulemused võiksid aidata füüsikutel paremini mõista varajase universumi kvarkglükooni plasmat ja vedelike olemust.
"See tähendab, et peame oma teadmised ümber kirjutama, mida tähendab olla vedelik," rääkis Noronha-Hostler, kes ei olnud uute katsete osa, Live Science'ile.
Katsed viidi läbi New Yorgi Brookhaveni riiklikus laboris asuvas relatiivses raskete ioonide põrkeseadmes (RHIC), kus füüsikud lõid 2005. aastal esimese kvark-glüooni plasma, tuues kokku aatomituuma. Kvark on põhiosake, mis moodustab prootonid ja neutronid, mis omakorda moodustavad aatomituuma. Gluonid on jõudu kandvad osakesed, mis hoiavad kvarke ühes prootonis või neutronis tugeva jõu kaudu, mis on üks loodusjõude.
Füüsikud eeldasid, et kvarkglüooni plasmatilgad pidid olema suhteliselt suured, ütles Noronha-Hostler. Selleks, et tilk voolaks nagu vedelik, läks mõtlemine, objekt pidi olema selle osakestest palju suurem. Näiteks tüüpiline veetilk on palju suurem kui tema enda veemolekulid. Teisest küljest, väike, näiteks kolm või neli üksikut veemolekulist koosnev klomp ei käituks vedelikuna, arvasid teadlased.
Niisiis, et kvark-glüooni plasmatilgad oleksid võimalikult suured, lasid RHICi füüsikud kokku suuri aatomituumasid, näiteks kulda, mis tekitavad sarnase suurusega tilku - umbes 10 korda suurem kui prooton. Kuid füüsikud leidsid, et väiksemate osakeste kokkupõrkel avastasid nad ootamatult prootonisuuruste vedelikutilkade vihjeid - näiteks Genfi lähedal asuvas suures hadronikollektoris tehtud prootonite kokkupõrgetes.
Et teada saada, kas need pisikesed tilgad võivad tegelikult eksisteerida, käitasid füüsikud RHIC-i prootonite juures PHENIX-detektorit; deuteroni tuuma, mis mõlemad sisaldavad prootonit ja neutronit; ja heelium-3 tuumad kuldtuumades. Kui need kokkupõrked moodustaksid kvark-glüooni plasma vedelad tilgad, väitsid teadlased, et tilgad oleksid erineva kujuga, sõltuvalt sellest, mida kullatuumad tabasid. Prootoni löömine tekitaks ümmarguse tilga; deuteron tekitaks elliptilise tilga ja heelium-3 moodustaks kolmnurkse tilga.
Selline tilk elaks vaid 100 miljardit miljardit sekundit enne, kui intensiivne kuumus põhjustaks tilga nii kiiresti, et see plahvatas teiste osakeste tuules.
Selle osakeste prahi mõõtmisega rekonstrueerisid teadlased algse tilga. Nad otsisid elliptilisi ja kolmnurkseid kujusid kõigis kolmes tüüpi kokkupõrkes, tehes kokku kuus mõõtmist. Katsed võtsid mitu aastat ja lõpuks tuvastasid teadlased märgutulede kuju, viidates sellele, et kokkupõrked tekitasid prootoni suurusega tilka.
"Kuue mõõtmise täiskomplekti korral on raske leida teistsuguseid seletusi, välja arvatud tilkade pilt," rääkis Nagle Live Science'ile.
Ehkki tulemused on veenvad, ütles Noronha-Hostler, et pole veel täiesti kindel. Teadlased vajavad siiski osakeste kokkupõrgetest väljuvate joade paremat mõõtmist. Kui moodustuksid pisikesed vedelikutilgad, oleks kuldtuumade ja prootonite, deuteroonide või heilum-3 vahelised löögid tekitanud kiireid osakesi, millest moodustuvad joad, mis oleks seejärel puhunud läbi vastloodud kvargi-glüooni tilkade. Kui joa läbi vedeliku vilistas, oleks see kaotanud energiat ja aeglustunud nagu vesi läbi veetav kuul.
Kuid siiani näitavad mõõtmised, et joad ei kaotanud nii palju energiat, kui ennustati. Tulevased katsed, näiteks PHENIXi uuendatud versioon, mis plaanitakse turule tuua 2023. aastal, peaksid aitama füüsikutel toimuvast paremini aru saada ja kindlalt kindlaks tegema, kas sellised pisikesed tilgad võivad olemas olla, ütles Noronha-Hostler.
