על ידי ניפוץ חלקיקים יחד יתכן כי פיזיקאים יצרו את טיפת הנוזלים הקטנה ביותר ביקום - חרוז בגודל פרוטון של מרק חם קדמוני.
מרק החלקיקים הזה הוא פלזמה קווק-גלון, הנוזל שמילא את הקוסמוס במהלך המיקרו השניות הראשונות לאחר המפץ הגדול. זה בטריליוני מעלות, ועם כמעט שום חיכוך, הוא מסתובב במהירות במהירות האור.
"זה הנוזל הקיצוני ביותר שאנחנו יודעים עליו", אמרה ז'קלין נורונהה-הוסטלר, פיזיקאית תיאורטית מאוניברסיטת רוטגרס בניו ג'רזי.
פיזיקאים התנגשו בעבר בחלקיקים בכדי ליצור מרק קדמוני זה, וכמה ניסויים העלו כי התנגשויות מסוימות מייצרות טיפות קטנות כמו פרוטונים. במאמר חדש שפורסם ב -10 בדצמבר בכתב העת Nature Physics, דיווחו פיזיקאים מהניסוי לחלוץ אינטראקציה גרעינית גבוהה באנרגיה (PHENIX) מה העשייה המשכנעת ביותר עד כה לכך שטפטפות כאלה יכולות להיות כה קטנות.
ג'מי נגל, פיזיקאי מאוניברסיטת קולורדו בולדר, שניתח נתונים בניסויים האחרונים, אמר: "זה באמת גורם לנו לחשוב מחדש על הבנתנו את האינטראקציות והתנאים של זרימת טיפות מסוג זה. התוצאות יכולות לעזור לפיזיקאים להבין טוב יותר את פלזמת הקווארק-גלון של היקום המוקדם ואת אופי הנוזלים.
Noronha-Hostler, שלא היה חלק מהניסויים החדשים, אמר ל- Live Science: "זה אומר שעלינו לשכתב את הידע שלנו על המשמעות של להיות נוזל.
הניסויים נערכו במעבד הרשת היחסי (RHIC) במעבדה הלאומית ברוקהבן בניו יורק, שם יצרו הפיזיקאים את פלזמת הקווארק-גלון הראשונה בשנת 2005 על ידי טריקת גרעינים אטומיים. הקווארק הוא החלקיק היסודי המרכיב פרוטונים ונויטרונים, אשר בתורם מהווים גרעינים אטומיים. גלואונים הם החלקיקים נושאי הכוח המחזיקים קווארקים יחד בפרוטון או בנויטרון באמצעות הכוח החזק, אחד מכוחות הטבע הבסיסיים.
פיסיקאים הניחו בעבר כי טיפות פלזמה של קווארק גלון צריכות להיות גדולות יחסית, אמר נורונהה-הוסטלר. כדי שטיפה תזרום כמו נוזל, החשיבה עברה, האובייקט צריך היה להיות הרבה יותר גדול מהחלקיקים המרכיבים אותו. טיפת מים טיפוסית, למשל, גדולה בהרבה ממולקולות המים שלה. מצד שני, גוש זעיר של, למשל, שלוש או ארבע מולקולות מים בודדות לא יתנהג כמו נוזל, חשבו החוקרים.
לכן, בכדי להפוך טיפות פלזמה של קווארק-גלון גדולים ככל האפשר, פיזיקאים ב- RHIC טרקו יחד גרעינים אטומיים גדולים כמו זהב, המייצרים טיפות בגודל דומה - גדולים בערך פי עשרה מפרוטון. אך הפיזיקאים גילו שכאשר התנגשו בחלקיקים קטנים יותר, הם גילו במפתיע רמזים לטיפות נוזלים בגודל פרוטון - למשל בהתנגשויות בין פרוטונים שנעשו בקולדר הגדול הגדול ליד ג'נבה.
כדי לגלות האם טיפות זעירות אלו יכולות להתקיים, פיזיקאים הפעילו את גלאי PHENIX לעבר ה- RHIC ירו פרוטונים; גרעיני deuteron, אשר כל אחד מהם מכיל פרוטון וניוטרון; גרעיני הליום -3 בגרעיני זהב. אם התנגשויות אלה היו מייצרות טיפות נוזלים של פלזמה קווק-גלון, סברו המדענים, לטפטפות היו צורות שונות תלוי במה פגעו גרעיני הזהב. פגיעה בפרוטון תיצור טיפה עגולה; דאוטרון ייצר טיפה אליפטית, והליום -3 היה מייצר טיפה משולשת.
טיפה כזו תחיה רק 100 מיליארד מיליארדי שניה לפני שחום עז יגרום לטפטפת להתפשט כל כך מהר שהיא התפוצצה בתוך סער של חלקיקים אחרים.
על ידי מדידת פסולת החלקיקים הזו, שחזרו החוקרים את הטיפה המקורית. הם חיפשו צורות אליפטיות ומשולשות בכל אחד משלושת סוגי ההתנגשויות, וביצעו שש מדידות בסך הכל. הניסויים ארכו מספר שנים, ובסופו של דבר החוקרים גילו את הצורות המסומנות והציעו כי ההתנגשויות יצרו טיפות בגודל פרוטון.
"עם סט מלא של שש מדידות, קשה שיהיה הסבר אחר מלבד תמונת הטיפה", אמר נגל ל- Live Science.
למרות שהתוצאות משכנעות, נורונהה-הוסטלר אמרה שהיא עדיין לא לגמרי בטוחה. החוקרים עדיין זקוקים למדידות טובות יותר של המטוסים שפורצים מהתנגשויות החלקיקים. אם טיפות הנוזל הזעירות אכן נוצרו, ההשפעות בין גרעיני הזהב לפרוטונים, דהוטרונים או heilum-3 היו צריכות לייצר חלקיקים במהירות גבוהה שיוצרים מטוסים, שאז היו מפוצצים דרך טיפות הקווארק-גלון החדשות שנוצרו. כאשר הסילון עישן בנוזל, הוא היה מאבד אנרגיה ומואט, כמו כדור שעובר במים.
אך עד כה, מדידות מראות כי המטוסים לא איבדו אנרגיה רבה כפי שחזה. ניסויים עתידיים, כמו הגרסה המשודרגת של PHENIX שתוכננה להשיק בשנת 2023, אמורים לעזור לפיזיקאים להבין טוב יותר מה קורה - ולקבוע בוודאות אם טיפות קטנות כאלה יכולות להתקיים, אמר נורונהה-הוסטלר.
