3,3 billió fokos plazmával reprodukálják az ősrobbanás utáni fiatal Univerzumot
A kísérletet a Brookhaven Nemzeti Laboratórium Relativisztikus Nehézion-ütköztetőjében (RHIC), a STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) detektorban végezték, ahol a kutatók arany atommagokat ütköztetnek közel fénysebességgel, így hozva létre az ún. kvark-gluon plazmát, mely a fizikusok szerint az Univerzum születése utáni pillanatokban is jelen lehetett, az Ősrobbanás utáni első milliomod másodpercben.
Ezzel az anyaggal már régóta kísérleteznek, ám most először fordult elő, hogy elektron-pozitron párok segítségével sikerült megmérniük ennek az anyagnak a hőmérsékletét, fejlődésének korai és kései szakaszában egyaránt. Eredményüket a folyóiratban tették közzé.
Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja, ahol elkülönül a hagyományos hadronos anyag és a kvark-gluon plazma. Az európai LHC és az amerikai RHIC különböző barionsűrűséggel hozza létre ezt az anyagot, amelyből aztán a protonok, neutronok és más hadronok létrejönnek. (Forrás: Brookhaven Nemzeti Laboratórium)
"Ez az eredmény azért nagyon fontos, mert ezt a hőmérsékletet az eddigiektől független módon sikerült megmérni, ráadásul a közeg hűlésének különböző időpillanataiban. Ez megnyitja az előtt is az utat, hogy a kvarkanyag létrehozásához szükséges ütközési energiát kísérletileg meghatározzuk” – mutatott rá a kísérlet jelentőségére Csanád Máté, csoportjának vezetője, aki a most megjelent STAR-cikk és az analízis ellenőrzésében is részt vett, mint a kísérlet által felkért belső bíráló.
Csanád Máté elmondta, hogy az ELTE-s kutatócsoport tagjai (Nagy Márton, Kincses Dániel és diákjaik) régóta részt vesznek a STAR kísérlet adatainak felvételében, valamint az ELTE kutatóinak fontos feladata az adatok elemzése, különös tekintettel a femtoszkópiai mérésekre.
A kvark–gluon plazma az anyag azon állapota, amely közvetlenül az Univerzum születése után volt jelen. Ekkor minden olyan forró és sűrű volt, hogy sem az atomok vagy az atommagok, sem építőköveik, a protonok és neutronok nem tudtak kialakulni. A Brookhaven Nemzeti Laboratórium hatalmas részecskegyorsítójában arany atommagokat ütköztetnek össze. Az ütközés pillanatában az atommagokban lévő protonok és neutronok „szétesnek”, így egy nagyon rövid időre létrejön ez az ősi anyagállapot, a kvark–gluon plazma.
A kutatók ezt az apró, villanásnyi pillanatot próbálják megfigyelni,
hogy minél többet megtudjanak arról, hogyan alakult az ősrobbanás utáni forró „kozmikus levesből” az a világ, amelyben ma élünk — vagyis hogyan kezdtek el a kvarkokból és gluonokból összeállni a protonok, neutronok, majd később az atommagok és az atomok.
„Szeretnénk feltérképezni azt, amit a legeredetibb ‘fázisdiagramnak’ nevezhetnénk – mondta el a Scientific American újságírójának az eredménnyel kapcsolatban Frank Geurts, a Rice University kutatója, a STAR szóvivője. – Mi lehet izgalmasabb, mint az Univerzum alapvető építőköveinek fázisdiagramja?”
Ám a jövőt már egy másik kísérlet írhatja tovább, hiszen az RHIC STAR kísérlet ezzel a különleges eredménnyel búcsúzik: 25 év működés után leállítják a laboratóriumot, hogy helyén elkezdhessék az Elektron–Ion Ütköztető építését, mely a tervek szerint 2030-ban készülhet el, hogy tovább kutassa az anyag és az Univerzum titkait.
A Brookhaven Nemzeti Laboratórium közleménye.
Az ELTE kutatói hosszú évek óta részt vesznek a STAR kísérlet kutatásaiban, munkájukat a mellett az NKFIH OTKA K-138136, a PD-146589 és a 2021-4.1.2-NEMZ_KI-2024-00053 projektek támogatják.
Borítókép: A hatalmas STAR detektor feladata a Relativisztikus Nehézion-ütköztetőben létrejövő minden egyes atommagütközés során keletkező több ezer részecske érzékelése. (Forrás: Kevin Coughlin/Brookhaven Nemzeti Laboratórium)