Изследователите пресъздават горещ плътен кварк и глюонна "супа", които изпълниха ранната Вселена

Няколко милиони секунди, малко след Големия взрив, космолозите смятат, че Вселената е била изпълнена с гореща гъста „супа“ от кваркове и глуони. Сега изследователите смятат, че може би са използвали сблъсъка на малкия снаряд и златните ядра, за да пресъздадат малки мънички от тази перфектна първична течност.

Ако сблъсъци между малки снаряди - протони (p), дейтерони (d) и ядра на хелий-3 (3He) - и златни ядра (Au) създават миниатюрни горещи точки от кварково-глюонна плазма, схемата на частиците, взета от детектора трябва да запази някаква „памет” на първоначалната форма на всеки снаряд. Измерванията от експеримента PHENIX съответстват на тези прогнози с много силни корелации между първоначалната геометрия и крайните модели на потока. (Хавиер Орджуела Куп, Университет на Колорадо, Боулдър)

Очаква се изследването на тази течност да хвърли светлина върху силата, която управлява свързването на кваркове и глюони, основните частици, които съставят протони и неутрони и по този начин цялата видима материя около нас. Но това, което изследователите не са очаквали, е да могат да пресъздадат тази течност от основни частици.

Ядрените физици откриха странния продукт, докато анализираха данни от детектора PHENIX на лабораторията на Брукхейвен в Релативисткия тежък йонен колайдер (RHIC), публикувайки своите открития тази седмица в списанието Nature Physics.

Джейми Нагъл, сътрудник на PHENIX, помогна за разработването на експерименталния план, както и теоретичните симулации, които екипът би използвал за тестване на резултатите си: „Тази работа е кулминацията на серия от експерименти, предназначени да проектират формата на кварк-глюон плазмени капчици . "

Откритието е направено, когато екипът изследва траекториите на частици, създадени от въздействието на малки снаряди, като единични протони, деутериеви атоми и ядра хелий-3 върху „мишените“ от златни ядра. Установено е, че схемите на потока на тези частици съвпадат с геометрията на оригиналните снаряди, точно както би се очаквало, ако създават перфектна течност от кварк-глюонна плазма.

Nagle каза: „RHIC е единственият ускорител в света, където можем да извършим такъв строго контролиран експеримент, сблъсквайки частици, направени от един, два и три компонента с еднакво по-голямо ядро, злато, всички с една и съща енергия.“

Предишни наблюдения на перфектни течности

Детекторът PHENIX в релативисткия тежък йонен колайдер (Национална лаборатория в Брукхейн)

Използването на RHIC, най-големият ускорител на частици в света преди активирането на LHC, преди това позволи на физиците да наблюдават потока на перфектни течности преди и съществуването им е добре установено. Когато ядрата на златните частици се сблъскат с почти светлинни скорости, например, екстремната енергия на стотици сблъскващи се протони и неутрони стопява границите на взаимодействащи частици, позволявайки на съставните глуони и кварки да си взаимодействат свободно.

Компютърна визуализация на 7 200 000 000 000 ⁰ кварк-глюонна плазма, създадена в коллайдера RHIC през 2010 г. (Национална лаборатория в Брукхейвен)

Тази получена течност протича като течност с изключително нисък вискозитет, което позволява градиентите на налягането, създадени в началото на сблъсъка, да продължат и да влияят върху това как други частици удрят детектора.

Това означава, че частиците, които удрят детектора, запазват "памет" на първоначалната форма на всеки снаряд - сферична в случая на протони, елиптична за дейтерони и триъгълна за ядра хелий-3.

PHENIX анализира измерванията на два различни вида на потока на частици (елиптичен и триъгълен) от трите системи на сблъсък и ги сравнява с прогнози за това, което трябва да се очаква въз основа на първоначалната геометрия.

Юлия Велковска, заместник-говорител на PHENIX, която ръководеше екип, участващ в анализа в Университета Вандербилт, каза: „Измерванията съответстват на прогнозите въз основа на първоначалната геометрична форма. Виждаме много силни връзки между първоначалната геометрия и крайните модели на потока и най-добрият начин да се обясни това е, че кварк-глюонната плазма е създадена в тези малки системи за сблъсък. "

Екипите сравниха получените геометрични модели на потока в този последен експеримент с теорията на хидродинамиката, което им позволи да изключат корелации, предложени от други теории на физиката, като например квантовата механика за провежданите преди това сблъсъци злато-злато.

„При всичко останало равно, ние все още виждаме по-голям елиптичен поток за дейтерон-злато, отколкото за протон-злато, което съответства по-тясно на теорията за хидродинамичния поток и показва, че измерванията зависят от първоначалната геометрия“, каза Велковска. „Но въз основа на това, което виждаме и нашия статистически анализ на споразумението между теорията и данните, тези взаимодействия не са доминиращият източник на крайните модели на потока.“

PHNIX сега ще изследва данните от тези експерименти, за да определи температурата, постигната при малки сблъсъци, които, ако са достатъчно горещи, също ще подпомогнат създаването на кварк-глюонна плазма.

Оригинално изследване: https://www.nature.com/articles/s41567-018-0360-0