Para peneliti menciptakan kembali quark padat dan gluon 'sup' yang memenuhi Semesta awal

Selama beberapa juta detik tak lama setelah Big Bang, para kosmolog percaya bahwa Semesta dipenuhi dengan 'sup' quark dan gluon yang padat. Sekarang para peneliti percaya bahwa mereka mungkin telah menggunakan tumbukan proyektil sangat kecil dan inti emas untuk menciptakan bintik kecil dari cairan primordial yang sempurna ini.

Jika tabrakan antara proyektil kecil - proton (p), deuteron (d), dan inti helium-3 (3He) - dan inti emas (Au) menciptakan titik panas kecil plasma quark-gluon, pola partikel yang diambil oleh detektor harus mempertahankan

Studi tentang fluida ini diharapkan menjelaskan kekuatan yang mengatur pengikatan quark dan gluon, partikel fundamental yang membentuk proton dan neutron dan dengan demikian semua materi terlihat di sekitar kita. Tetapi apa yang tidak disangka-sangka oleh para peneliti adalah mampu menciptakan kembali cairan partikel fundamental ini.

Fisikawan nuklir menemukan produk aneh sambil menganalisis data dari detektor PHENIX Brookhaven Lab di Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) yang menerbitkan temuan mereka minggu ini di jurnal Nature Physics.

Jamie Nagle, seorang kolaborator PHENIX, membantu menyusun rencana eksperimen serta simulasi teoretis yang akan digunakan tim untuk menguji hasil mereka: “Pekerjaan ini adalah puncak dari serangkaian eksperimen yang dirancang untuk merekayasa bentuk tetesan plasma quark-gluon plasma "

Penemuan ini dibuat ketika tim memeriksa lintasan partikel yang diciptakan oleh dampak proyektil kecil seperti proton tunggal, atom deuterium dan inti helium-3 pada "target" inti-emas. Pola aliran partikel-partikel ini ditemukan cocok dengan geometri proyektil aslinya, persis seperti yang diharapkan jika mereka menciptakan cairan sempurna plasma quark-gluon.

Nagle berkata: "RHIC adalah satu-satunya akselerator di dunia di mana kita dapat melakukan eksperimen yang dikontrol ketat, menumbuk partikel yang terbuat dari satu, dua, dan tiga komponen dengan nukleus yang lebih besar, emas, semuanya dengan energi yang sama."

Penampakan sebelumnya cairan sempurna

Detektor PHENIX di Relativistic Heavy Ion Collider (Brookhaven National Lab)

Penggunaan RHIC, akselerator partikel terbesar di dunia sebelum LHC diaktifkan, sebelumnya telah memungkinkan fisikawan untuk mengamati aliran cairan sempurna sebelum dan keberadaan mereka sudah mapan. Ketika inti dari partikel-partikel emas bertabrakan dengan kecepatan mendekati cahaya, misalnya, energi ekstrem dari ratusan proton dan neutron yang bertabrakan melelehkan batas-batas partikel yang saling berinteraksi yang memungkinkan para penyusun dan quark untuk berinteraksi secara bebas.

Visualisasi komputer dari plasma quark-gluon 7.200.000.000.000 yang dibuat pada collider RHIC pada tahun 2010 (Brookhaven National Lab)

Cairan yang dihasilkan ini mengalir seperti cairan dengan viskositas yang sangat rendah yang memungkinkan gradien tekanan yang dibuat pada awal tabrakan bertahan dan memengaruhi bagaimana partikel lain menyerang detektor.

Ini berarti bahwa partikel yang menyerang detektor mempertahankan 'memori' setiap bentuk awal proyektil - berbentuk bulat dalam hal proton, elips untuk deuteron, dan segitiga untuk inti helium-3.

PHENIX menganalisis pengukuran dua jenis aliran partikel (elips dan triangular) dari ketiga sistem tumbukan dan membandingkannya dengan prediksi untuk apa yang harus diharapkan berdasarkan pada geometri awal.

Julia Velkovska, wakil juru bicara PHENIX, yang memimpin tim yang terlibat dalam analisis di Vanderbilt University, mengatakan: “Pengukuran tersebut sesuai dengan prediksi berdasarkan bentuk geometris awal. Kami melihat korelasi yang sangat kuat antara geometri awal dan pola aliran akhir, dan cara terbaik untuk menjelaskannya adalah bahwa quark-gluon plasma dibuat dalam sistem tumbukan kecil ini. "

Tim membandingkan pola aliran geometris yang dihasilkan dalam percobaan terbaru ini dengan teori hidrodinamika yang memungkinkan mereka untuk mengesampingkan korelasi yang disarankan oleh teori fisika lainnya seperti mekanika kuantum untuk tumbukan emas-emas yang sebelumnya dilakukan.

"Dengan segala sesuatunya sama, kita masih melihat aliran eliptik yang lebih besar untuk deuteron-gold daripada proton-gold, yang lebih cocok dengan teori untuk aliran hidrodinamik dan menunjukkan bahwa pengukuran tergantung pada geometri awal," kata Velkovska. "Tetapi berdasarkan apa yang kami lihat dan analisis statistik kami tentang kesepakatan antara teori dan data, interaksi tersebut bukanlah sumber dominan dari pola aliran akhir."

PHNIX sekarang akan memeriksa data dari percobaan ini untuk menentukan suhu yang dicapai dalam tabrakan skala kecil, yang jika cukup panas juga akan mendukung pembuatan plasma quark-gluon.

Penelitian asli: https://www.nature.com/articles/s41567-018-0360-0