Dengan menghancurkan zarah bersama-sama, ahli fizik mungkin telah mencipta tetesan cecair terkecil di alam semesta - manik bersaiz proton bersaiz panas, primordial.
Sup zarah ini adalah plasma quark-gluon, cecair yang memenuhi kosmos semasa microsecond pertama selepas Big Bang. Ia berada pada trillions darjah, dan dengan hampir tidak ada geseran, ia swishes sekitar dekat kelajuan cahaya.
"Ia adalah cecair yang paling meluas yang kita tahu," kata Jacquelyn Noronha-Hostler, seorang ahli fizik teori di Rutgers University di New Jersey.
Pakar fizikal mempunyai zarah yang bertembung untuk mencipta sup primordial ini sebelum ini, dan beberapa eksperimen telah menyarankan bahawa perlanggaran tertentu menghasilkan titisan sekecil proton. Dalam kertas baru yang diterbitkan pada 10 Disember di jurnal Nature Fisika, ahli fizik dari Eksperimen Interaksi Nuklear Tenaga Tinggi Perintis (PHENIX) melaporkan apa yang mungkin menjadi bukti yang paling meyakinkan namun titisan seperti itu boleh jadi sangat kecil.
"Ia benar-benar membawa kita untuk memikirkan semula pemahaman kita tentang interaksi dan keadaan aliran titisan semacam ini," kata Jamie Nagle, ahli fizik di University of Colorado Boulder yang menganalisis data dalam eksperimen terbaharu. Hasilnya dapat membantu para ahli fizik memahami dengan lebih baik plasma quark-gluon dari alam semesta awal dan sifat cecair.
"Ia bermakna kita perlu menulis semula pengetahuan kita tentang apa yang dimaksudkan sebagai cecair," Noronha-Hostler, yang bukan sebahagian daripada percubaan baru, memberitahu Live Science.
Eksperimen dilakukan di Relativistic Heavy Collider Ion (RHIC) di Brookhaven National Laboratory di New York, di mana ahli fizik mencipta plasma quark-gluon pertama pada tahun 2005 dengan membanting nukleus atom bersama-sama. Quark adalah zarah asas yang membentuk proton dan neutron, yang seterusnya membentuk nukleus atom. Gluons adalah zarah yang membawa kekuatan yang memegang kuark bersama dalam proton atau neutron melalui kekuatan yang kuat, salah satu daya asas alam semula jadi.
Pakar fizikal sebelum ini menganggap titisan plasma quark-gluon perlu agak besar, kata Noronha-Hostler. Untuk titisan yang mengalir seperti cecair, pemikiran itu pergi, objek itu harus jauh lebih besar daripada zarah penyusunnya. Contoh drop air yang biasa, lebih besar daripada molekul airnya sendiri. Sebaliknya, sekumpulan kecil, katakanlah, tiga atau empat molekul air individu tidak akan bertindak seperti cecair, pendapat penyelidik.
Jadi, untuk membuat titisan plasma quark-gluon setakat yang mungkin, ahli fizik di RHIC menyelar bersama-sama nuklei atom besar seperti emas, yang menghasilkan titisan yang serupa - kira-kira 10 kali lebih besar daripada proton. Tetapi ahli fizik mendapati bahawa apabila mereka bertembung dengan zarah-zarah yang lebih kecil, mereka secara tidak diduga mengesan petunjuk titisan bendalir proton - contohnya, dalam perlanggaran antara proton yang dilakukan di Collier Hadron Besar berhampiran Geneva.
Untuk mengetahui sama ada titisan kecil ini sebenarnya boleh wujud, ahli fizik yang menjalankan pengesan PHENIX di RHIC menembak proton; nukleus deuteron, yang masing-masing mengandungi proton dan neutron; dan nukleus helium-3 pada nukleus emas. Sekiranya perlanggaran ini membentuk titisan bendalir plasma quark-gluon, saintis berpendapat, titisan akan mempunyai bentuk yang berlainan bergantung kepada apa yang terkena nukleus emas. Memukul proton akan membuat titisan bulat; deuteron akan menghasilkan titisan elips, dan helium-3 akan membuat tetesan segitiga.
Titisan sedemikian akan hidup hanya 100 bilion bilion saat sebelum panas sengit akan menyebabkan titisan berkembang dengan pantas sehingga ia meletup dalam keadaan zuri zarah yang lain.
Dengan mengukur serpihan zarah ini, penyelidik membina titisan asalnya. Mereka mencari bentuk eliptik dan segi tiga dalam setiap tiga jenis perlanggaran, menjadikan enam jumlah pengukuran. Eksperimen ini mengambil masa beberapa tahun, dan pada akhirnya, para penyelidik mengesan bentuk bercerita, menunjukkan bahawa perlanggaran membuat titisan proton-ukuran.
"Dengan set lengkap enam ukuran, sukar untuk dijadikan penjelasan yang berbeza kecuali gambar kecil," kata Nagle kepada Sains Live.
Walaupun hasilnya meyakinkan, Noronha-Hostler berkata dia belum pasti sepenuhnya. Penyelidik masih memerlukan pengukuran yang lebih baik dari jet yang meletus dari perlanggaran zarah. Sekiranya titisan kecil cecair itu terbentuk, kesan antara nuklei emas dan proton, deuteron, atau heilum-3 sepatutnya menghasilkan zarah berkecepatan tinggi yang membentuk jet, yang kemudiannya akan meletus melalui titisan quark-gluon yang baru diciptakan. Sebagai jet yang diserang melalui bendalir, ia akan kehilangan tenaga dan melambatkan, seperti peluru yang mengalir melalui air.
Tetapi setakat ini, pengukuran menunjukkan bahawa jet tidak kehilangan banyak tenaga seperti yang diramalkan. Percubaan masa depan, seperti versi PHENIX yang dinaik taraf yang dijadualkan untuk dilancarkan pada tahun 2023, harus membantu ahli fizik memahami apa yang sedang berlaku - dan menentukan pasti sama ada titisan kecil itu boleh wujud, kata Noronha-Hostler.
