Plazma kwarkowo-gluonowa

Plazma kwarkowo-gluonowaOriginal Press Release
Przez kilka pierwszych milionowych części sekundy po Wielkim Wybuchu Wszechświat był gorącą zupą złożoną z gluonów i kwarków.

Jeżeli chcesz poznać właściwości Wszechświata gdy miał on wiek kilku mikrosekund budowanie teleskopu to nie najlepsza metoda. Aby je poznać potrzebujesz akceleratora.

Krishna Rajagopal

Choć kwarki i gluony są budulcem protonów i neutronów zachowują się zupełnie inaczej niż ciężkie cząstki. Ich oddziaływaniami rządzi teoria o nazwie chromodynamika kwantowa, opracowana po części przez fizyków MIT – Jerome Friedmana i Franka Wilczeka, którzy za tę pracę otrzymali nagrodę Nobla. Jednak faktyczne zachowania kwarków i gluonów trudno badać, bo zazwyczaj są uwięzione we wnętrzu cięższych cząstek. Jedynym miejscem, gdzie na krótki czas udaje się utworzyć plazmę QGP są wnętrza najpotężniejszych akceleratorów.

]W 2005 roku naukowcy korzystający z Relatywistycznego Akceleratora Ciężkich Jonów (Relativistic Heavy Ion Collider) w Narodowym Laboratorium Brookhaven donieśli o wytworzeniu QGP w wyniku zderzeń atomów złota, którym wcześniej nadano prędkość bliską prędkości światła. W wyniku zderzeni wytworzyła się temperatura 4 trylionów stopni – 250 000 razy większa niż panująca w jądrze Słońca. W takiej temperaturze protony i neutrony stopiły się uwalniając kwarki i gluony.

Powstała niezwykle gorąca i gęsta kropla materii o średnicy jednej trylionowej centymetra pozwala naukowcom poznać warunki jakie panowały na początku istnienia Wszechświata. Jednym z niezwykłych odkryć był fakt, że QGP zachowuje się jak praktycznie pozbawiona tarcia ciecz a nie gaz, jak sądzili wcześniej fizycy.

Dążąc do uzyskania zderzeń o jeszcze wyższych ewergiach (między innymi w LHC) naukowcy mają nadzieję lepiej zrozumieć właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej, między innymi chcą dowiedzieć się, czy w wyższych temperaturach zaczyna przypominać gaz. Chcą również lepiej zrozumieć podobieństwa jakie odkryto między niezwykle gorącą plazmą QGP i ultra zimnymi gazami (bliskim zeru absolutnemu), które na MIT wytworzył Martin Zwielein. Obie substancje są prawie całkowicie tarcia a fizycy sądzą, że teoria strun może wyjaśnić oba obserwowane stany materii.

Źródła:

Explained: Quark gluon plasma

For a few millionths of a second after the Big Bang, the universe consisted of a hot soup of elementary particles called quarks and gluons. A few microseconds later, those particles began cooling to form protons and neutrons, the building blocks of matter.

Over the past decade, physicists around the world have been trying to re-create that soup, known as quark-gluon plasma (QGP), by slamming together nuclei of atoms with enough energy to produce trillion-degree temperatures.

“If you’re interested in the properties of the microseconds-old universe, the best way to study it is not by building a telescope, it’s by building an accelerator,” says Krishna Rajagopal, an MIT theoretical physicist who studies QGP.

Quarks and gluons, though they make up protons and neutrons, behave very differently from those heavier particles. Their interactions are governed by a theory known as quantum chromodynamics, developed in part by MIT professors Jerome Friedman and Frank Wilczek, who both won Nobel prizes for their work. However, the actual behavior of quarks and gluons is difficult to study because they are confined within heavier particles. The only place in the universe where QGP exists is inside high-speed accelerators, for the briefest flashes of time.

In 2005, scientists at the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory reported creating QGP by smashing gold atoms together at nearly the speed of light. These collisions can produce temperatures up to 4 trillion degrees — 250,000 times warmer than the sun’s interior and hot enough to melt protons and neutrons into quarks and gluons.

The resulting super-hot, super-dense blob of matter, about a trillionth of a centimeter across, could give scientists new insights into the properties of the very early universe. So far, they have already made the surprising discovery that QGP is a nearly frictionless liquid, not the gas that physicists had expected.

By doing higher-energy collisions, scientists now hope to find out more about the properties of quark gluon plasma and whether it becomes gas-like at higher temperatures. They also want to delve further into the very surprising similarities that have been seen between QGP and ultracold gases (near absolute zero) that MIT’s Martin Zwierlein and others have created in the laboratory. Both substances are nearly frictionless, and theoretical physicists suspect that string theory may explain both phenomena, says Rajagopal.

At the Large Hadron Collider in Geneva, MIT faculty Gunther Roland, Wit Busza and Boleslaw Wyslouch are among the physicists planning to double the temperature achieved at Brookhaven, offering a glimpse of an even-earlier stage of the universe’s formation.

Anne Trafton

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *