Trilyonlarca derecelik Big Bang'in ilkel kuark gluon plazması!
Fizikçiler, parçacıkları bir araya getirerek, evrendeki en küçük sıvı damlacığını - proton büyüklüğünde sıcak bir ilkel çorba - yaratmış olabilirler. Bu tür parçacık çorbası, Big Bang'den sonraki ilk birkaç mikrosaniye içinde kozmik sıvıyla dolu olan kuark gluon plazmasıdır. Birkaç trilyon dereceye sahiptir, neredeyse hiç sürtünme yoktur ve ışık hızına yakın bir hızda geçer. New Jersey'deki Rutgers Üniversitesi'nde teorik fizikçi olan Jacquelyn Noronha-Hostler şunları söyledi: Bu bildiğimiz en uç sıvı. Fizikçiler daha önce bu ilkel çorbayı üretmek için parçacık çarpışmalarını kullandılar.Bazı deneyler, belirli çarpışmaların ürettiği sıvının bir proton kadar küçük olduğunu gösterdi. Nature Physics'te 10 Aralık 2018'de yayınlanan yeni bir makalede, çığır açan yüksek enerjili nükleer etkileşim deneyinden (PHENIX) fizikçiler şimdiye kadarki en ikna edici raporu bildirdi. Bu damlacıkların çok küçük olabileceğine dair kanıt.
Boko Park-Science Popularization: Colorado Boulder Üniversitesi'nden fizikçi Jamie Nagle, son deneylerdeki verileri analiz etti ve şunları söyledi: Bu, bizi gerçekten yeniden düşünmemizi sağlıyor Bu damlacık akışının etkileşiminin ve koşullarının anlaşılması. Bu sonuçlar, fizikçilerin erken evrende kuark-gluon plazmasının ve sıvılarının özelliklerini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Noronha Horstler şunları söyledi: Bu, sıvının ne anlama geldiğine dair anlayışımızı yeniden yazmamız gerektiği anlamına geliyor. Bu deneyler, New York'taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) üzerinde gerçekleştirildi. 2005 yılında fizikçiler burada çekirdeğe çarparak ilk kuark gluon plazmasını yarattılar. Kuarklar, protonları ve nötronları oluşturan temel parçacıklardır ve protonlar ve nötronlar çekirdeği oluşturur.
Araştırmacılar, belki de evrendeki en küçük sıvıyı, birkaç trilyon derecede neredeyse ışık hızında dönen ilkel bir çorbada yarattılar. Resim: Shutterstock
Gluon, kuvvet taşıyan bir tür parçacıktır, kuarkları güçlü bir kuvvetle proton veya nötronlarda birbirine bağlar.Bu kuvvet, doğadaki temel kuvvetlerden biridir. Noronha-Hostler şunları söyledi: Fizikçiler daha önce kuark-gluon plazmasının sıvısının nispeten büyük olması gerektiğini varsayıyorlardı. Damlacığın bir akışkan gibi akması için, nesnenin kendisini oluşturan parçacıklardan çok daha büyük olması gerekir. Örneğin, bir damla su, kendi su molekülünden çok daha büyüktür. Öte yandan, araştırmacılar, örneğin üç veya dört ayrı su molekülünden oluşan küçük bir grubun sıvı gibi davranmayacağına inanıyor. Bu yüzden, kuark gluon plazmasının akışkanını olabildiğince büyük hale getirmek için, RHIC fizikçileri altın gibi büyük çekirdekleri çarpışarak benzer büyüklükte sıvılar - protonlarınkinin yaklaşık 10 katı - üretti. Ancak fizikçiler, daha küçük parçacıklarla çarpıştıklarında, beklenmedik bir şekilde bazı proton boyutlu sıvı işaretleri bulduklarını keşfettiler (Cenevre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısının proton çarpışması gibi).
Fizikçiler, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nın Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısını kullanarak, üç farklı şekilde kuark gluon plazma blokları oluşturdular. Bu plazma, Büyük Patlama'dan sonraki ilk birkaç milisaniye içinde evreni dolduran tuhaf bir maddedir. Fotoğraf: Javier Orjuela Koop
Bu minik sıvıların gerçekten var olup olmadığını doğrulamak için, fizikçiler PHENIX dedektörünü RHIC tarafından yayılan protonlar üzerinde çalıştırdılar.Her döteron bir proton ve bir nötron ve altın çekirdekte helyum-3 çekirdeği içerir. Bilim adamları, bu çarpışmaların bir kuark-gluon plazma sıvısı oluşturması durumunda, sıvının şeklinin altın çekirdeklerin çarpışmasına bağlı olarak değişeceği sonucuna varıyorlar. Protonların etkisi dairesel bir damlacık oluşturacak, döteron eliptik bir damla oluşturacak ve helyum-3 üçgen bir sıvı oluşturacaktır. Böyle bir damlacık yalnızca saniyenin yüz milyarda biri kadar hayatta kalabilir ve daha sonra yüksek sıcaklık damlacığın bir dizi başka parçacıkta patlayacak kadar hızlı genişlemesine neden olur. Bu parçacık parçalarını ölçerek, araştırmacılar orijinal damlacıkları yeniden oluşturdular. Üç tür çarpışmada elips ve üçgenler aradılar ve toplamda altı kez ölçtüler. Deney birkaç yıl sürdü ve sonunda araştırmacılar bu açıklayıcı şekilleri buldular, bu da çarpışmanın gerçekten de bir proton boyutunda damlacıklar ürettiğini gösterdi.
Bilim adamları protonlar, döteronlar ve helyum-3 çekirdekleriyle altın çekirdeklere çarptığında, çarpışmalar minik proton büyüklüğünde kuark-gluon plazma sıvıları oluşturdu ve bunların ilkel çorbalar olduğu düşünülen, Büyük Patlama'dan birkaç mikrosaniye sonra oluştu. Proton çarpışmaları dairesel sıvılar, döteron çarpışmaları ve helyum-3 çarpışmaları eliptik sıvılar ve üçgen sıvılar oluşturur. Resim: Javier Orjuela Koop, Colorado Üniversitesi, Boulder
Altı tam ölçüm verisi seti ile damlacık görüntüsü dışında farklı yorumlara sahip olmak zordur. Noronha-Hausler şunları söyledi: Çalışmanın sonuçları ikna edici olsa da, tamamen kesin değiller. Araştırmacıların, parçacık çarpışmalarının ürettiği jetleri daha iyi ölçmeleri gerekiyor. Bu küçük sıvılar oluşursa, altın çekirdekler ile protonlar, döteronlar veya güneş lekeleri-3 arasındaki çarpışmalar, yüksek hızlı parçacıklar üretmeli, jetler oluşturmalı ve ardından yeni üretilen kuark gluon damlacıklarından fışkırmalıdır. Jet sıvının içinde vızıldadığında, suda hareket eden bir mermi gibi enerji kaybeder ve yavaşlar. Ancak şu ana kadar yapılan ölçüm sonuçları, jet tarafından kaybedilen enerjinin beklendiği kadar olmadığını gösteriyor. PHENIX'in 2023'te piyasaya sürülmesi planlanan yükseltilmiş versiyonu gibi gelecekteki deneyler, fizikçilerin neler olduğunu daha iyi anlamalarına ve bu küçük sıvıların var olup olmadığını belirlemelerine yardımcı olacak.
Şema, farklı atomik çarpışmaların nasıl farklı şekillerde kuark-gluon plazmaları ürettiğini göstermektedir. En üst sırada, bir proton bir altın atomuna parçalanır ve dairesel bir plazma oluşturur. Orta sıradaki döteronlar (proton-nötron çiftleri) bir elipsoid oluşturmak için altın atomlarıyla çarpışır. Alt sırada, helyum-3 altın atomlarıyla çarpışarak bir üçgen oluşturur. Resim: PHENIX / Nature 2018
Boke Garden-Science Popularization Referans Süreli Edebiyat: "Doğa Fiziği"
Araştırma / Gönderen: Marcus Woo / Live Science
Kağıt DOI: doi.org/10.1038/s41567-018-0360-0
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
