Το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων γίνεται υγρό

Πηγή: PhysicsWeb, 19 Απριλίου 2005

Μια διεθνής ομάδα φυσικών που εργάζονται στον επιταχυντή RHIC στο Brookhaven των ΗΠΑ ανέφερε ότι έχει βρει ισχυρά αποδεικτικά στοιχεία για το "πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων" -- που θεωρείται ότι υπήρχε στο πρώτο εκατομμυριοστό του ενός δευτερολέπτου μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Εντούτοις, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αντί να συμπεριφέρεται σαν ένα αέριο από ελεύθερα κουάρκ, αντικουάρκ και γκλουόνια, όπως αναμενόταν, η ύλη αυτή συμπεριφέρεται περισσότερο σαν ένα υγρό. Τα αποτελέσματα αυτά παρουσιάστηκαν στη συνεδρίαση του Απριλίου της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας.

Το πλάσμα τοων κουάρκ-γκλουονίων (QGP) πιστεύεται ότι υπήρχε πριν ψυχθεί το σύμπαν ενώ τα ελεύθερα κουάρκ και τα γκλουόνια σχημάτισαν τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που εν συνεχεία δεσμεύτηκαν μαζί κάνοντας τους ελαφρούς πυρήνες. Οι φυσικοί στο CERN στη Γενεύη υποστήριξαν ότι είχαν δημιουργήσει ένα QGP το 2000 αλλά τα αποτελέσματα τους ήταν αναποτελεσματικά επειδή το πλάσμα υπήρξε για μια στιγμή μόνο. Αργότερα το 2003, οι επιστήμονες στο RHIC είπαν ότι είχαν έρθει πιο κοντά από ποτέ στη δημιουργία του QGP.

Το RHIC βρίσκεται στη Νέα Υόρκη, και περιλαμβάνει ένα δακτύλιο των 4 χιλιομέτρων, ορατό στην αριστερή αεροφωτογραφία

Το RHIC χρησιμοποιεί επιταχυντές για να αυξήσει τις ενέργειες των ατόμων χρυσού μέχρι και 100 δισεκατομμύρια eV, σε ένα εσωτερικό δακτύλιο 4 χιλιομέτρων, αναγκάζοντας τους πυρήνες αυτούς να συγκρουστούν μαζί. Όταν ένας πυρήνας χρυσού συγκρούεται με έναν άλλο πυρήνα τα πρωτόνια και τα νετρόνια τους πιστεύεται ότι λειώνουν μαζί για να διαμορφώσουν το QGP. Η σύγκρουση διέλυσε τα άτομα του χρυσού και ανέβασε τη θερμοκρασία τους στους δύο τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι μερικές από τις παρατηρήσεις στον RHIC συμφωνούν με τις θεωρητικές προβλέψεις για ένα πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων. Αλλά πολλοί θεωρητικοί φυσικοί νομίζουν ότι το QGP είναι αέριο, ενώ η ύλη που διαμορφώθηκε στο RHIC εμφανίζεται να συμπεριφέρεται περισσότερο, σαν ένα σχεδόν "τέλειο" υγρό. Δηλαδή στα πρώτα μικροδευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η αλληλεπίδραση μεταξύ κουάρκ-γκλουονίων ήταν ισχυρότερη από ό,τι είχε εκτιμηθεί και γι αυτό η σούπα αυτή συμπεριφέρεται σαν τέλειο υγρό παρά την απίστευτα υψηλή θερμοκρασία του. Αυτό σημαίνει ότι το υγρό είχε μηδενικό ιξώδες και γνωρίζουμε ότι όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες ενός υγρού, τόσο πιο παχύρρευστο είναι.

Η νέα ύλη που δημιουργήθηκε στο RHIC θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι μια μορφή του QGP αλλά λίγο διαφορετικό από αυτό που προβλέπει η  θεωρία, λέει ο Sam Aronson, ένας διευθυντής στο Brookhaven. Αυτή την περίοδο είναι εν εξελίξει στο RHIC πιο λεπτομερείς μετρήσεις για να επιλύσουν αυτό το ζήτημα.

Σύμφωνα με τον Ulrich Heinz, έναν θεωρητικό φυσικό στο πολιτειακό πανεπιστήμιο του Οχάιου, η πρόβλεψη ότι το QGP είναι αέριο δεν είναι βασισμένη στη θεωρία των στερεών αλλά είναι περισσότερο μια ποιοτική κατάσταση βασισμένη "στη λαϊκή πίστη" που προκαλούν λίγοι φυσικοί. "Σκέφτομαι ότι το αποτέλεσμα αυτί είναι το σημαντικότερο γεγονός της πυρηνικής φυσικής τα τελευταία χρόνια και μάλιστα το έλεγα, τα τελευταία δύο χρόνια, ότι το RHIC έχει παραγάγει την κατάσταση QGP", ανέφερε.

"Είναι εξαιρετικά ενδιαφέρον ότι το QGP είναι ένα σχεδόν ιδανικό υγρό -- και σίγουρα δεν αναμενόταν -- αλλά δεν είναι σε καμιά περίπτωση ασυμβίβαστο με τους προηγούμενους θεωρητικούς υπολογισμούς."

Ο Johann Rafelski, ένας πυρηνικός φυσικός στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα στις ΗΠΑ, συμφωνεί. "Το πείραμα RHIC έχει βελτιωθεί πολύ από τότε που τα τελευταία αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν το 2003. Επιπλέον, τα στοιχεία είναι πολύ σαφέστερα και όχι σε σύγκρουση με τα προηγούμενα αποτελέσματα στο RHIC και το Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN)", τόνισε.

Η ερευνητική ομάδα σκοπεύει τώρτα να μετρήσει το ιξώδες της πρώιμης «σούπας», αλλά και άλλες ιδιότητές της, όπως η θερμική χωρητικότητα και η ταχύτητα του ήχου μέσα στο υλικό.