Ahli fizik mencipta tiga bentuk gumpalan plasma quark-gluon yang berbeza menggunakan Relativistic Heavy Ion Collider di Laboratorium Nasional Brookhaven. Plasma ini adalah sejenis bahan eksotik yang memenuhi alam semesta dalam milisaat pertama selepas Big Bang.
(Imej: © Javier Orjuela Koop)
Untuk detik pertama selepas Big Bang, alam semesta hanyalah "sup" quark dan gluon yang sangat panas - zarah subatom yang akan menjadi blok bangunan proton dan neutron. Kini, 13.8 bilion tahun kemudian, saintis telah mencipta semula sup purba ini di makmal.
Dengan menggunakan Relativistic Heavy Ion Collider di Laboratorium Nasional Brookhaven di Upton, New York, ahli fizik menghasilkan titisan kecil plasma quark-gluon ini dengan menghancurkan pelbagai kombinasi proton dan neutron. Semasa kemalangan ini, quark dan gluon yang membentuk proton dan neutron bebas dan berkelakuan sebagai cecair, para penyelidik mendapati.
Bergantung pada gabungan zarah mana yang diteliti oleh para penyelidik, glob plasma kecil yang berbentuk cecair membentuk salah satu daripada tiga bentuk geometri yang berbeza: bulatan, elips atau segitiga. [Imej: Mengintip Kembali ke Big Bang & Awal Alam Semesta]
"Hasil eksperimen kami telah mendekatkan kami untuk menjawab persoalan berapa jumlah bahan alam semesta terkecil yang dapat ada," kata Jamie Nagle, seorang ahli fizik di University of Colorado Boulder yang turut serta dalam kajian ini, dalam satu kenyataan.
Plasma Quark-gluon pertama kali dibuat di Brookhaven pada tahun 2000, ketika para penyelidik menghancurkan inti atom emas. Kemudian, para saintis di Large Hadron Collider di Geneva menentang harapan ketika mereka membuat plasma dengan menghancurkan dua proton bersama-sama. "Itu mengejutkan kerana kebanyakan saintis menganggap bahawa proton tunggal tidak dapat memberikan tenaga yang cukup untuk membuat sesuatu yang dapat mengalir seperti cecair," kata pegawai UC Boulder dalam kenyataan itu.
Nagle dan rakan-rakannya memutuskan untuk menguji sifat cecair dari keadaan jirim eksotik ini dengan mencipta gumpalan kecil dari itu. Sekiranya plasma benar-benar berkelakuan seperti cecair, glob kecil harus dapat menahan bentuknya, para penyelidik meramalkan.
"Bayangkan bahawa anda mempunyai dua tetesan yang mengembang menjadi hampa," kata Nagle. "Sekiranya kedua tetesan itu benar-benar berdekatan, maka ketika mereka mengembang, mereka saling bertemu dan saling bertentangan, dan itulah yang membuat corak ini."
"Dengan kata lain, jika anda melemparkan dua batu ke kolam yang berdekatan, riak dari kesan tersebut akan saling mengalir, membentuk corak yang menyerupai elips," kata pegawai UC Boulder. "Hal yang sama berlaku jika anda menghancurkan pasangan proton-neutron, yang disebut deuteron, menjadi sesuatu yang lebih besar ... Begitu juga, proton-proton-neutron trio, juga dikenal sebagai atom helium-3, mungkin berkembang menjadi sesuatu yang serupa ke segitiga. "
Dengan menyatukan kombinasi proton dan neutron yang berlainan ini menjadi atom emas hampir dengan kelajuan cahaya, para penyelidik dapat melakukan apa yang mereka harapkan: membuat gumpalan elips dan segitiga plasma quark-gluon. Ketika para saintis menghancurkan satu proton ke atom emas, hasilnya adalah gumpalan bulat sup primordial.
Titisan plasma quark-gluon yang berumur pendek ini mencapai suhu trilion darjah Celsius. Para penyelidik berpendapat bahawa mengkaji jenis bahan ini "dapat membantu ahli teori memahami dengan lebih baik bagaimana plasma quark-gluon asli alam semesta disejukkan selama milisaat, melahirkan atom pertama yang wujud," kata pegawai UC Boulder.
Hasil kajian ini diterbitkan pada 10 Disember dalam jurnal Nature Physics.
