Amerykańscy fizycy rozgrzali w laboratorium materię do rekordowej temperatury. Instrumenty pomiarowe w ośrodku Brookhaven w Nowym Jorku wskazały cztery biliony stopni Celsjusza.
Taką temperaturę trudno sobie wyobrazić - to 2 tysiące razy więcej niż przy wybuchu gwiazdy supernowej i ponad 200 tysięcy razy więcej niż we wnętrzu Słońca. Do wytworzenia tak wysokiej temperatury naukowcy wykorzystali potężny akcelerator cząstek o nazwie RHIC, czyli Zderzacz Ciężkich Relatywistycznych Jonów (Relativistic Heavy Ion Collider). Rekord pobili nie po to, by zaistnieć w Księdze Guinnessa, ale po to, by odtworzyć - jak to określają - "pierwotną zupę cząstek", jakie istniała we wszechświecie tuż po jego narodzeniu w Wielkim Wybuchu niemal 14 miliardów lat temu. Odtworzenie takich warunków jest niezbędne do zbadania najwcześniejszej historii wszechświata.
Ciecz doskonała
„Pierwotna zupa cząstek” jaka powstała z rozgrzanej materii w akceleratorze RHIC jest wyjątkowa. W przeciwieństwie do zwykłych płynów, w których poszczególne cząsteczki poruszają się losowo, gorąca materia wydaje się poruszać według wzoru, który wykazuje wysoki stopień koordynacji pomiędzy cząstkami. Przypomina to ławicę ryb, która zachowuje się jak jeden obiekt podczas ruchu w zmieniającym się środowisku.
To jest płynny ruch, który jest prawie "doskonały" – można go wytłumaczyć równaniami hydrodynamiki. Równania opisują teoretycznie ciecze idealne, z bardzo niską lepkością i zdolnością do osiągnięcia równowagi termicznej w bardzo krótkim czasie z uwagi na wysoki stopień interakcji między cząstkami. Naukowcy RHIC wywnioskowali także z analizy ruchu gorącej materii, że tak niska lepkość zbliża się granic określonych przez mechanikę kwantową. Wszystkie te fakty - stopień interakcji cząstek, gwałtowne rozgrzewanie i bardzo niska lepkość – świadczą o tym, że powstała materia to niemal doskonały płyn jaki kiedykolwiek zaobserwowano.
Eksperyment polegał na zderzaniu cząsteczek złota, ich kolizja tworzyła wolną materię złożoną z kwarków i gluonów. Taka substancja, często nazywana plazmą kwarkowo-gluonową, wypełniała wszechświat kilka milisekund po jego powstaniu 13,7 miliardów lat temu. W akceleratorze RHIC materia ta pojawiła się i osiągnęła temperaturę 4 bilionów stopni Celsjusza, w czasie krótszym niż potrzebuje światło by minąć pojedynczy proton.
Naukowcy dokonali pomiaru temperatury gorącej materii analizując kolor i dystrybucję energii emitowanego przez nią światła. Jak zaznacza Steven Vigdor z działu fizyki atomów i cząstek Laboratorium Brookhaven, który nadzoruje program badawczy RHIC, dane te stanowią pierwszą próbę pomiaru temperatury plazmy kwarkowo-gluonowej w tym akceleratorze.
Amerykanie mają jednak konkurencję - jeszcze wyższą temperaturę i nowe informacje chcą otrzymać za kilka miesięcy europejscy naukowcy w Wielkim Zderzaczu Hadronów w ośrodku CERN na granicy francusko-szwajcarskiej.
Wyniki doświadczeń przeprowadzonych w RHIC, zdaniem badaczy, wiążą się z modelami i kalkulacjami, które opisują strunową teorię wszechświata. Teoria ta próbuje wyjaśnić fundamentalne właściwości wszechświata zakładając istnienie aż 10 różnych wymiarów, zamiast tradycyjnych trzech wymiarów przestrzeni i czasu. Jeśli strunową teorię udałoby się potwierdzić, pogodziłaby ona dwa systemy fizycznego opisu świata – teorię względności i mechanikę kwantową, co może całkowicie zmienić fizykę XXI wieku.
Przemysław Goławski
