Parçacıkları bir araya getirerek, fizikçiler evrendeki en küçük sıvı damlacıklarını yaratmış olabilirler - proton büyüklüğünde bir sıcak, ilkel çorba boncuğu.
Bu parçacık çorbası, kuark gluon plazmasıdır, Big Bang'den sonraki ilk mikrosaniye boyunca kozmosu dolduran sıvıdır. Trilyonlarca derecede ve neredeyse hiç sürtünmeyle, ışık hızında neredeyse etrafında dönüyor.
New Jersey'deki Rutgers Üniversitesi'nde teorik fizikçi Jacquelyn Noronha-Hostler, "Bildiğimiz en aşırı sıvı" dedi.
Fizikçiler daha önce bu ilkel çorbayı oluşturmak için parçacıklar topladılar ve bazı deneyler bazı çarpışmaların protonlar kadar küçük damlacıklar ürettiğini öne sürdü. Nature Physics dergisinde 10 Aralık'ta yayınlanan yeni bir makalede, Öncü Yüksek Enerji Nükleer Etkileşim Deneyi'nden (PHENIX) fizikçiler, bu tür damlacıkların çok küçük olabileceğine dair en ikna edici kanıtın ne olabileceğini bildirdi.
Colorado Boulder Üniversitesi'nden bir fizikçi olan Jamie Nagle, en son deneylerde verileri analiz eden "Bu tür damlacık akışının etkileşimleri ve koşulları hakkındaki anlayışımızı yeniden düşünmemizi gerçekten sağlıyor" dedi. Sonuçlar fizikçilerin erken evrenin kuarkon plazmasını ve sıvıların doğasını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
Yeni deneylerin bir parçası olmayan Noronha-Hostler, Canlı Bilim'e, "Bu, akışkan olmanın ne anlama geldiğiyle ilgili bilgimizi yeniden yazmak zorunda olduğumuz anlamına geliyor." Dedi.
Deneyler fizikçilerin 2005 yılında atom çekirdeğini birlikte çarparak ilk kuark gluon plazmasını oluşturdukları New York'taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısında (RHIC) yapıldı. Kuark, atom çekirdeğini oluşturan protonları ve nötronları oluşturan temel parçacıktır. Gluonlar, doğanın temel kuvvetlerinden biri olan kuvvetli kuvvet yoluyla kuarkları bir proton veya nötronda bir arada tutan kuvvet taşıyan parçacıklardır.
Noronha-Hostler, fizikçilerin daha önce kuarkon plazma damlacıklarının nispeten büyük olması gerektiğini varsaydı. Bir damlacığın sıvı gibi akması için düşünce gitti, nesnenin kurucu parçacıklarından çok daha büyük olması gerekiyordu. Örneğin tipik bir su damlası kendi su moleküllerinden çok daha büyüktür. Öte yandan araştırmacılar, üç veya dört ayrı su molekülünün küçük bir yığınının sıvı gibi davranmayacağını düşündü.
Dolayısıyla, kuark gluon plazma damlacıklarını mümkün olduğunca büyük hale getirmek için, RHIC'deki fizikçiler, benzer boyutta damlacıklar üreten altın gibi büyük atom çekirdeklerini birbirine çarptılar - bir protondan yaklaşık 10 kat daha büyük. Ancak fizikçiler, daha küçük parçacıklar çarpıştıklarında, beklenmedik bir şekilde proton boyutlu sıvı damlacıklarının ipuçlarını tespit ettiklerini buldular - örneğin, Cenevre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısında yapılan protonlar arasındaki çarpışmalarda.
Bu küçük damlacıkların gerçekten var olup olmadığını öğrenmek için, PHENIX dedektörünü RHIC ateşlemeli protonlarda çalıştıran fizikçiler; her biri bir proton ve bir nötron içeren deuteron çekirdekleri; ve altın çekirdeklerde helyum-3 çekirdekleri bulunur. Bu çarpışmalar kuarkon plazmasının sıvı damlacıklarını oluşturduysa, bilim adamları akıl yürüttüler, damlacıkların altın çekirdeklerin vurduklarına bağlı olarak farklı şekillere sahip olacağını düşündüler. Bir protona vurmak yuvarlak bir damlacık yaratacaktır; bir deuteron eliptik bir damlacık üretecek ve helyum-3 üçgen bir damlacık oluşturacaktır.
Böyle bir damlacık, yoğun ısı, bir saniyenin sadece 100 milyar milyarda biri kadar yaşayacaktı, damlacık o kadar hızlı bir şekilde genişleyecek ki, diğer parçacıkların bir telaşında patladı.
Bu parçacık enkazını ölçerek, araştırmacılar orijinal damlacıkları yeniden inşa ettiler. Üç çarpışma türünün her birinde eliptik ve üçgen şekiller aradılar ve toplam altı ölçüm yaptılar. Deneyler birkaç yıl sürdü ve sonunda araştırmacılar, çarpışmaların proton büyüklüğünde damlacıklar oluşturduğunu düşündüren küçük şekilleri tespit etti.
"Altı ölçümden oluşan tam bir setle, damlacık resmi dışında farklı bir açıklama olması zor," dedi Nagle Live Science'a.
Sonuçlar ikna edici olsa da, Noronha-Hostler henüz tam olarak emin olmadığını söyledi. Araştırmacılar hala parçacık çarpışmalarından çıkan jetlerin daha iyi ölçümlerine ihtiyaç duyuyorlar. Küçük sıvı damlacıkları oluşmuşsa, altın çekirdekler ve protonlar, döterronlar veya heilum-3 arasındaki etkiler, daha sonra yeni oluşturulan kuarkon-gluon damlacıklarından patlayacak yüksek hızlı parçacıklar üretmelidir. Jet akışkanın içinden çırpılırken, sudan geçen bir mermi gibi enerji kaybedecek ve yavaşlayacaktı.
Ancak şu ana kadar yapılan ölçümler, jetlerin tahmin edildiği kadar enerji kaybetmediğini göstermektedir. Noronha-Hostler, 2023 yılında piyasaya sürülmesi planlanan PHENIX'in yükseltilmiş versiyonu gibi gelecekteki deneylerin fizikçilerin neler olup bittiğini daha iyi anlamalarına ve bu küçük damlacıkların var olup olmayacağından emin olmalarına yardımcı olacağını söyledi.
