粒子を一緒に粉砕することにより、物理学者は宇宙で流体の最小の液滴を作り出したかもしれません-熱く、原始的なスープの陽子サイズのビーズ。
この粒子スープは、ビッグバン後の最初のマイクロ秒の間に宇宙を満たした流体であるクォークグルオンプラズマです。それは数兆度にあり、ほとんど摩擦なしで、それは光速の近くで振り回します。
「これは私たちが知っている中で最も極端な流体です」とニュージャージー州のラトガース大学の理論物理学者であるジャックリン・ノローニャ-ホストラーは言った。
物理学者は以前にこの原始的なスープを作成するために粒子を衝突させました、そしていくつかの実験は特定の衝突が陽子と同じくらい小さい液滴を生成することを示唆しました。ジャーナルNature Physicsで12月10日に発行された新しい論文で、先駆的な高エネルギー核相互作用実験（PHENIX）の物理学者は、そのような液滴が非常に小さい可能性があるという最も説得力のある証拠が何であるかを報告しました。
「コロラド大学ボルダー校の物理学者である最近の実験でデータを分析したジェイミーネーグルは、次のように述べています。この結果は、物理学者が初期宇宙のクォークグルオンプラズマと流体の性質をよりよく理解するのに役立ちます。
「それは流動性であることの意味についての知識を書き直さなければならないことを意味する」と新しい実験に参加していなかったノローニャ-ホストラーはLive Scienceに語った。
実験はニューヨークのブルックヘブン国立研究所にある相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC）で行われ、物理学者は2005年に原子核を叩きつけて最初のクォークグルオンプラズマを作成しました。クォークは、陽子と中性子を構成する基本的な粒子であり、これが原子核を構成します。グルオンは、自然の基本的な力の1つである強い力を介して、陽子または中性子でクォークを保持する力を運ぶ粒子です。
物理学者たちは以前、クォークグルオンプラズマの液滴は比較的大きくなければならないと想定していたと、ノローニャ-ホストラー氏は述べた。液滴が流体のように流れるためには、オブジェクトはその構成粒子よりもはるかに大きくなければならないという考えがありました。例えば、典型的な水滴は、それ自身の水分子よりもはるかに大きいです。一方、例えば3つまたは4つの個々の水分子の小さな塊は液体のように振る舞わないだろうと研究者たちは考えた。
したがって、クォークグルオンプラズマの液滴をできる限り大きくするために、RHICの物理学者は、金などの大きな原子核を叩きつけました。これにより、同様のサイズの液滴が生成されます-陽子の約10倍の大きさ。しかし、物理学者たちは、小さな粒子に衝突したときに、たとえばジュネーブ近くの大型ハドロン衝突型加速器で行われた陽子間の衝突などで、陽子サイズの液滴のヒントを予期せずに検出したことを発見しました。
これらの小さな液滴が実際に存在するかどうかを確認するために、RHICでPHENIX検出器を実行している物理学者は陽子を発射しました。陽子と中性子をそれぞれ含む重陽子核。金の核にあるヘリウム3の核。これらの衝突がクォークグルオンプラズマの流体小滴を形成した場合、科学者たちは、金の核が何に当たるかに応じて、小滴の形状が異なると推論した。陽子に衝突すると、丸い液滴が作成されます。重陽子は楕円形の液滴を生成し、ヘリウム3は三角形の液滴を生成します。
そのような小滴は、激しい熱によって小滴が非常に急速に膨張して他の粒子の群れの中で爆発する前に、わずか1,000億分の1秒しか存続しません。
この粒子の破片を測定することにより、研究者たちは元の液滴を再構築しました。彼らは3種類の衝突のそれぞれで楕円形と三角形の形状を探し、合計6回の測定を行いました。実験には数年かかりましたが、最終的に研究者達は証拠となる形を検出しました。これは衝突が陽子サイズの液滴を生成したことを示唆しています。
「6つの測定値の完全なセットがあるため、液滴の画像を除いて別の説明があるのは難しい」とネーグルはLive Scienceに語った。
結果は説得力のあるものであるが、ノローニャ・ホストラー氏は、彼女はまだ完全には確信していないと語った。研究者は、粒子の衝突から噴出するジェットのより良い測定を依然として必要としています。流体の小さな液滴が形成された場合、金の核と陽子、重陽子、またはheilum-3の間の衝撃により、ジェットを形成する高速の粒子が生成され、その後、新しく作成されたクォークグルーオンの液滴によって爆破されます。ジェットが流体の中をぐるぐる回ったとき、それはエネルギーを失い、水の中を飛ぶ弾丸のように減速しました。
しかし、これまでのところ、測定ではジェットは予測されたほどのエネルギーを損失していなかったことが示されています。 Noronha-Hostler氏によると、2023年に発売予定のPHENIXのアップグレードバージョンなどの将来の実験は、物理学者が何が起こっているのかを理解し、そのような小さな液滴が存在するかどうかを確実に判断するのに役立つはずです。
