Zaobserwowano najmniejsze znane krople

Podczas eksperymentów prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) przez profesor fizyki Julię Velkovska z Vanderbilt University zauważono pojawienie się najmniejszych zarejestrowanych kropli. Powstały one podczas kolizji protonów z jonami ołowiu. Obliczono, że średnica tych kropli wynosi od 3 do 5 protonów. Są zatem około 100 000 razy mniejsze od atomu wodoru.

Obserwujemy sam początek zachowań kolektywnych. Niezależnie od tego, jakiego materiału użyjemy, aby móc obserwować zachowania kolektywne, przypominające przepływ, zderzenia musza być na tyle gwałtowne, by powstało około 50 cząstek subatomowych - wyjaśnia profesor Velkovska.

Zaobserwowane krople poruszają się podobnie do plazmy kwarkowo-gluonowej. Istniała ona przez ułamki sekundy po Wielkim Wybuchu. Teraz, jeśli chcemy ją badać, musimy odtwarzać w akceleratorach warunki podobne do tych, jakie miały miejsce w czasie Wybuchu.

Próby uzyskania plazmy kwarkowo-gluonowej rozpoczęto na początku obecnego wieku w Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) w Brookhaven National Laboratory. Zderzano wówczas atomy złota. Pracujących tam specjalistów zaskoczył fakt, że plazma zachowywała się jak ciecz. Spodziewali się zachowań podobnych do gazu.

Po zbudowaniu LHC zdecydowano się na powtórzenie eksperymentów z RHIC, zderzając atomy ołowiu. Jednak wcześniej naukowcy postanowili przetestować urządzenia zderzając protony z atomami ołowiu. Nie oczekiwali pojawienia się plazmy, gdyż energia takich zderzeń jest zbyt mała. Protony są bowiem o 208 razy lżejsze od atomów ołowiu. Zderzenie protonów z atomem ołowiu przypomina strzelania do jabłka, podczas gdy zderzenia atomów ołowiu ze sobą to jak zderzenia dwóch jabłek. Powstaje wówczas znacznie więcej energii - wyjaśnia Velkovska.

We wrześniu ubiegłego roku przeprowadzono zatem testy zderzeń proton-atom ołowiu. Po przeanalizowaniu danych okazało się, że w przypadku około 5% kolizji - tych najbardziej gwałtownych - doszło do pojawienia się zachowań kolektywnych. Powstały krople o około 10 razy mniejsze niż te, które pojawiają się podczas zderzania ołów-ołów czy złoto-złoto. Początkowe analizy skupiały się jednak za badaniu ruchu paru cząstek. Naukowcy wiedzieli, że wynik badan mogło zakłócić dobrze znane zjawisko dżetu cząstek. Dlatego też w styczniu i lutym bieżącego roku przeprowadzili kolejne zderzenia proton-atom ołowiu, a następnie szczegółowo analizowali ich wyniki. Poszukiwali przypadków, w których cztery cząstki poruszają się wspólnie. Po przeanalizowaniu miliardów zderzeń odkryli setki przypadków, w których wspólnie poruszało się co najmniej 300 cząstek.

Wielki Zderzacz Hadronów LHC plazma kwarkowo-gluonowa kolizja zderzenie