פיזיקאים יצרו שלוש צורות שונות של כתמי פלזמה קווארק-גלון בעזרת קולידר יונים כבד יחסית במעבדה הלאומית ברוקבן. פלזמה זו היא חומר אקזוטי שמילא את היקום באלפיות השנייה לאחר המפץ הגדול.
(תמונה: © חאבייר אורג'ולה קופ)
במשך השבריר הראשון אחרי המפץ הגדול, היקום לא היה אלא "מרק" חם במיוחד של קווארקים וגלואונים - חלקיקים תת-אטומיים שיהפכו לאבני הבניין של פרוטונים ונייטרונים. כעת, 13.8 מיליארד שנה לאחר מכן, מדענים יצרו מחדש את המרק הקדמוני הזה במעבדה.
בעזרת המעבד הלאומי הכבד יחסית של המעבדה הלאומית ברוקבן באפטון, ניו יורק, יצרו פיזיקאים טיפות זעירות של פלזמה קווק-גלון זו על ידי ריסוק של צירופים שונים של פרוטונים וניוטונים. במהלך ההתרסקויות הללו, הקווארקים והגלואונים שהרכיבו את הפרוטונים והנויטרונים השתחררו והתנהגו כנוזל, מצאו החוקרים.
תלוי באיזה שילוב של חלקיקים החוקרים התנפצו זה לזה, כפות הפלזמה הזעירות, דמויי הנוזל, יצרו אחת משלוש צורות גיאומטריות מובחנות: עיגולים, אליפסות או משולשים. [תמונות: הצצה חזרה למפץ הגדול ויקום מוקדם]
בהצהרה נמסר ג'יימי נגל, פיזיקאי מאוניברסיטת קולורדו בולדר שהשתתף במחקר, "התוצאה הניסיונית שלנו קירבה אותנו הרבה יותר לענות על השאלה מהי הכמות הקטנה ביותר של חומר יקום קדום שיכול להתקיים.
פלזמות קווארק-גלון נוצרו לראשונה בברוקבן בשנת 2000, כאשר החוקרים ריסקו יחד את גרעיני אטומי הזהב. ואז, מדענים ב"קונדרדר הגדול "בג'נבה הגדירו את הציפיות כשיצרו את הפלזמה על ידי ניפוץ שני פרוטונים זה בזה. "זה היה מפתיע מכיוון שרוב המדענים הניחו כי פרוטונים בודדים אינם יכולים לספק מספיק אנרגיה בכדי לייצר כל דבר שיכול לזרום כמו נוזל", אמרו בכירים ב- UC Boulder בהצהרה.
נגל ועמיתיו החליטו לבדוק את תכונות הנוזלים של מצב החומר האקזוטי הזה על ידי יצירת כפפות קטנטנות ממנו. אם הפלזמה מתנהגת באמת כמו נוזל, הכדורים הקטנים צריכים להיות מסוגלים להחזיק את צורתם, חזו החוקרים.
"תאר לעצמך שיש לך שתי טיפות שמתרחבות לוואקום", אמר נגל. "אם שתי הטיפות ממש קרובות זו לזו, אז כשהן מתרחבות, הן נתקלות זו בזו ודוחפות זו מול זו, וזה מה שיוצר את התבנית הזו."
"במילים אחרות, אם אתה זורק שתי אבנים לבריכה קרובה זו לזו, האדוות מאותן פגיעות יזרמו זו לזו ויצרו תבנית שדומה לאליפסה," אמרו בכירים ב- UC Boulder. "הדבר יכול היה להיות נכון אם תנפץ זוג פרוטון-נויטרונים, שנקרא deuteron, למשהו גדול יותר. כמו כן, שלישיית פרוטון-פרוטון-נויטרון, המכונה גם אטום הליום -3, עשוי להתרחב למשהו דומה למשולש. "
על ידי נגישת השילובים השונים של פרוטונים וניוטרונים לאטומי זהב קרוב למהירות האור, החוקרים הצליחו לעשות בדיוק את מה שהם קיוו: ליצור גלים אליפטיות ומשולשות של פלזמה קווק-גלון. כאשר המדענים ריסקו פרוטון בודד לאטום הזהב, התוצאה הייתה נפיחה עגולה של המרק הקדמוני.
טיפות קצרות-חיים אלה של פלזמה קווארק-גלון הגיעו לטמפרטורות של טריליוני מעלות צלזיוס. חוקרים חושבים כי לימוד חומר מסוג זה "יכול לעזור לתאורטיקנים להבין טוב יותר כיצד פלזמת הקווארק-גלון המקורית של היקום התקררה לאורך אלפיות השנייה, והולידה את האטומים הראשונים הקיימים", אמרו בכירים ב- UC Boulder.
תוצאות המחקר פורסמו ב- 10 בדצמבר בכתב העת Nature Physics.
