Fizycy z CERN zaobserwowali nieznany wcześniej rodzaj przepływu w plazmie kwarkowo-gluonowej
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) po raz kolejny dostarcza przełomowych danych, które zmieniają nasze rozumienie fundamentalnych praw natury. Najnowsze analizy, opublikowane w prestiżowych czasopismach naukowych, ujawniają zupełnie nowy rodzaj przepływu w plazmie kwarkowo-gluonowej – stanie materii, który istniał mikrosekundy po Wielkim Wybuchu.
Co to jest plazma kwarkowo-gluonowa?
Plazma kwarkowo-gluonowa (QGP) to najbardziej ekstremalny stan materii we wszechświecie. Powstaje w wyniku zderzeń ciężkich jonów, takich jak jony ołowiu, przy energiach osiąganych w LHC. W tym stanie kwarki i gluony – podstawowe składniki protonów i neutronów – przestają być związane wewnątrz hadronów i swobodnie przemieszczają się w formie „gorącej, gęstej zupy”.
„To jak zaglądanie do samego serca materii w jej najbardziej pierwotnej formie. Każde nowe odkrycie dotyczące QGP to krok w stronę zrozumienia, jak uformował się wszechświat” – komentuje jeden z fizyków zaangażowanych w eksperyment ALICE.
Na czym polega nowe odkrycie?
Naukowcy analizujący dane z detektora ALICE zaobserwowali nieprzewidziany wcześniej wzorzec przepływu cząstek wytwarzanych w zderzeniach. Dotychczas znane były głównie:
- Przepływ radialny – ekspansja materii na zewnątrz od punktu zderzenia
- Przepływ eliptyczny – związany z kształtem początkowym obszaru zderzenia
- Przepływ wirowy – rotacja plazmy
Nowo zaobserwowany przepływ ma charakterystykę, która nie daje się w pełni wyjaśnić istniejącymi modelami teoretycznymi. Sugeruje to, że nasze rozumienie właściwości transportowych tej ekstremalnej materii jest niekompletne.
Znaczenie odkrycia dla fizyki
Odkrycie ma fundamentalne znaczenie z kilku powodów:
Po pierwsze, dostarcza bezpośrednich informacji o sile oddziaływań między kwarkami i gluonami w ekstremalnych warunkach. Po drugie, pozwala lepiej zrozumieć ewolucję wczesnego wszechświata. Po trzecie, stanowi ważny test dla chromodynamiki kwantowej (QCD) – teorii opisującej silne oddziaływania jądrowe.
Jak prowadzono badania?
Eksperyment polegał na analizie danych z miliardów zderzeń jonów ołowiu przy energiach 5,36 TeV na parę nukleonów. Naukowcy wykorzystali zaawansowane techniki rekonstrukcji torów cząstek oraz skomplikowane metody statystyczne do wyodrębnienia subtelnych sygnałów nowego rodzaju przepływu spośród ogromnego tła innych procesów.
„Wykrycie tego efektu było możliwe tylko dzięki niezwykłej precyzji detektora ALICE oraz ogromnej mocy obliczeniowej dostępnej do analizy danych” – wyjaśnia rzecznik eksperymentu.
Perspektywy na przyszłość
Odkrycie otwiera nowe kierunki badań w fizyce wysokich energii. Planowane modernizacje LHC oraz budowa nowych akceleratorów, takich jak Future Circular Collider, pozwolą na jeszcze dokładniejsze badania właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej. Naukowcy mają nadzieję, że dalsze badania doprowadzą do pełniejszego zrozumienia przejścia fazowego między plazmą kwarkowo-gluonową a zwykłą materią jądrową.
Badania nad QGP mają również praktyczne zastosowania w innych dziedzinach nauki, w tym w astrofizyce (do opisu gwiazd neutronowych) oraz w rozwoju nowych technologii obliczeniowych wykorzystujących symulacje złożonych systemów.
Foto: www.pexels.com
