Naukowcy właśnie to zaobserwowali. Mówiąc dokładniej, od pierwszych sekund po Wielkim Wybuchu odnotowali brak czegokolwiek, co świadczyłoby o istnieniu zjawiska.
Zajęło to dwie dekady zderzenia jąder ołowiu z prędkościami bliskimi światła. Jednak Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w końcu stworzył „ślad dyfuzyjny” wewnątrz plazmy kwarkowo-gluonowej, który fizycy przewidywali ponad 20 lat temu. To mała zmarszczka w kosmicznej zupie. Ślad pozostawiony przez cząsteczki pędzące przez najwcześniejszy stan Wszechświata.
Dlaczego nie widzieliśmy wcześniej szlaku dyfuzyjnego?
Na tym właśnie polega problem fizyki wysokich energii: sygnał jest słaby, a hałas ogłuszający.
Dwadzieścia lat temu zespoły badaczy szukały tych śladów za pomocą bozonów Z. Zderzali atomy, szukali strumieni cząstek w pobliżu bozonów Z i mieli nadzieję zobaczyć przynajmniej ślad zaburzeń w plazmie. Znaki były, ale bardzo odległe. Zostały one nadpisane przez inne efekty związane z dżetami, maskując subtelne sygnały fal. Dane nie były wystarczająco czyste. Nie można uznać odkrycia za odkrycie, jeśli statystycznie niemożliwe jest oddzielenie go od szumu tła.
Przez jakiś czas wydawało się to niemożliwe.
Naukowcy z Uniwersytetu Illinois w Chicago (UIC) zmienili strategię. Na potrzeby tego konkretnego testu przestali ścigać bozony Z. Zamiast tego wykorzystali LHC do stworzenia wydarzeń dijets. Dwa odrzutowce. Skierowane w przeciwne strony. Jak bliźniacze kule wystrzelone w różnych kierunkach ze środka zderzenia.
Ta konfiguracja jest krytyczna. Symetria pozwala naukowcom odfiltrować szum.
Co to jest plazma kwarkowo-gluonowa?
W Twojej kuchni nie znajdziesz ani jednego kwarku ani gluonu. Albo na Księżycu. We współczesnym Wszechświecie są one uwięzione wewnątrz protonów i neutronów, ściśle związane z większymi cząstkami zwanymi hadronami.
Aby je uwolnić, potrzeba niewyobrażalnie dużej energii.
LHC rozbija jądra ołowiu o siebie. Zderzenie podgrzewa materię do bilionów stopni. Topi protony. Rezultatem jest plazma kwarkowo-gluonowa. Jest to ta sama „zupa”, która powstała we wczesnych mikrosekundach Wszechświata po Wielkim Wybuchu. Gorący. Gęsty. Właściwości cieczy.
Kiedy cząsteczki przemieszczają się przez ten płyn, nie tylko przelatują. Wchodzą w interakcję. Tracą dynamikę. Rozpychają plazmę niczym łódź przecinająca ocean. Fizyka przewiduje obecność śladu. Ślad dyfuzji.
Znak potwierdzający realność zjawiska
Nowy wymiar jest prosty, ale elegancki. Zespół naukowców zbadał obszar za kierunkiem dżetów.
Pusta przestrzeń. Albo prawie pusty.
Odkryli wyraźny deficyt cząstek w obszarze śladu, szczególnie przy niskich pędach. Ten brak cząstek jest cechą charakterystyczną kilwateru. Idealnie pasuje do teorii.
„Ta obserwacja jest zwieńczeniem trwających dziesięć lat poszukiwań” – mówi Olga EVDOKIMOVA, liderka zespołu w UIC.
Tak naprawdę, jak zauważa, minęło już ponad dwadzieścia lat. Zjawisko to przewidywano dwie dekady temu. Pozostał nieuchwytny, dopóki nowe podejście nie sprawiło, że sygnał był głośniejszy niż chaos w tle.
Efekt był najbardziej wyraźny w przypadku centralnych zderzeń czołowych. W wyniku tych zderzeń powstają najgęstsze plamy plazmy kwarkowo-gluonowej na Ziemi. Więcej plazmy oznacza większe tarcie dla strumieni. Większe tarcie oznacza większy i bardziej zauważalny ślad.
Dlaczego jest to ważne dla kosmologii
Raghunath Pradhan, inny dyrektor UIC, nazwał ten wynik „otwieraniem drzwi”. Dokładne charakterystyki. Oto, co możemy teraz zrobić.
Zrozumienie, w jaki sposób cząstki tracą energię w tej plazmie, pomaga nam modelować wczesny Wszechświat. Z większą dokładnością możemy symulować gęstość i przepływ przestrzeni zaraz po jej narodzinach. Dzięki temu teoretyczne domysły stają się mierzalną dynamiką.
Mapujemy tarcie Wielkiego Wybuchu.
I nie chodziło tylko o eksplorację danych. Wymagało to odrzucenia starej metody i oparcia się na geometrii di-jet. Ryzyko, które się opłaciło.
I dokąd dalej się udać? Najprawdopodobniej do innych kolizji. Do innych typów partonów. Zbiornik nadal się obraca. Plazma nadal się gotuje.
W końcu mogliśmy wyraźnie przyjrzeć się zmarszczkom. Teraz musimy zrozumieć sam ocean.
