פיזיקאים הוכיחו לראשונה כי "המרק הקדמון" של היקום הוא נוזלי
מדענים מ-MIT בפעם הראשונה, השגנו ראיות ישירות לכך שקווארקים שעפים דרך פלזמה של קווארק-גלואון משאירים אחריהם שבילים מתערבלים. תגלית זו מאשרת שהמרק הקדמון של היקום המוקדם התנהג כמו נוזל, ולא כתערובת כאוטית של חלקיקים בודדים.
התוצאות מתפרסמות בכתב העת Physics Letters.
הרגעים הראשונים של היקום
במיקרו-שניות הראשונות לאחר המפץ הגדול, החלל התמלא בתערובת חמה של קווארקים וגלואונים בטמפרטורות של טריליוני מעלות. "פלזמת קווארק-גלואון" זו קיימת לזמן קצר ביותר לפני שקווארקים וגלואונים בודדים מתחברים לפרוטונים, נויטרונים וחלקיקים יסודיים אחרים המרכיבים את החומר המודרני.
פיזיקאים ב-CERN יוצרים מחדש את המרק הקדמוני הזה על ידי התנגשות ביונים כבדים כמעט במהירות האור. התנגשויות יוצרות טיפות פלזמה קצרות מועד הניתנות לבדיקה באמצעות גלאים ואלגוריתמים מורכבים.
"אנחנו בעצם מצלמים תמונת מצב של האופן שבו קווארקים מתקשרים עם נוזלים קיצוניים", אמר פרופסור ין-ג'י לי.
מערבולת קווארק
הצוות מצא שקווארקים בודדים שעפים דרך הפלזמה משאירים מאחוריהם מערבולות ניכרות, בדומה לאדוות שנוצרו על ידי ברווז על פני המים. זה מראה שהפלזמה מגיבה כנוזל בודד, מאט את הקווארקים וגורם לאנרגיה להתפזר לגלים ולמערבולות.
כדי לבצע את התצפיות, הפיזיקאים השתמשו בגישת Z-boson ייחודית. חלקיקים ניטרליים אלה למעשה אינם מקיימים אינטראקציה עם הפלזמה, ולכן כל אדוות או מערבולות מתגלות במיוחד מאחורי הקווארק. החוקרים ניתחו כ-13 מיליארד התנגשויות, מתוכם בחרו כ-2,000 אירועי Z-boson, המאפשרים לצפות בהשפעות של קווארקים בודדים מבלי לעוות חלקיקים אחרים.
"כאשר קווארקים נעים יחד עם בוזוני Z, נוצרות מערבולות בכיוון ההפוך, מה שנותן לנו תמונת מצב ברורה של התנהגות הפלזמה הקדמונית", מסביר לי.
בדוק את התיאוריה
תחזיות קודמות לגבי הטבע הנוזלי של פלזמת קווארק-גלואון היו חלק ממודל היברידי של פרופסור קרישנה ראג'גופאל ב-MIT. תיאוריה זו גורסת שקווארק העובר דרך פלזמה צפופה יוצר שביל גלוי מאחוריו, וגורם לחלקיקים להתיז ולתל. התוצאות החדשות מאשרות לחלוטין את החישובים הללו.
"זו ההוכחה המיוחלת לכך שהפיזיקאים מחכים שנים רבות", אמר דניאל פבלוס מאוניברסיטת אוביידו.
תגלית חשובה של הפיזיקה
מדידת הגודל, הצורה וזמן הפיזור של המערבולות עוזרת להבין את התכונות הפנימיות של פלזמת הקווארק-גלואון. מדענים יכולים לחקור את הצפיפות, הצמיגות והאינטראקציות בין החלקיקים שלו בטמפרטורות גבוהות במיוחד, ולספק תובנות לגבי התנהגות החומר במיקרו-שניות הראשונות של היקום.
"השגנו את הראיות הראשונות לכך שקווארק גורר איתו פלזמה, ויוצר מערבולות גלויות. זה מאפשר לנו לחקור את המרק הקדמון כנוזל אמיתי, ולא כתערובת כאוטית של חלקיקים, ופותח אפשרויות חדשות להבנת היקום המוקדם", סיכם לי.