„Důvod, proč nás vířivost kvark-gluonového plazmatu zajímá, spočívá v roli, kterou hraje v teoriích, které předpovídají, odkud se bere hmota hadronů. Fázový přechod ze stavu tohoto plazmatu do stavu hadronového, který se uskutečnil v prvých mikrosekundách po velkém třesku, byl totiž procesem, kdy vznikla veškerá viditelná hmota vesmíru,“ vysvětlil pro Novinky Šumbera.

Hadrony jsou složené silně interagující subatomární částice (menší než atom). Mohou obsahovat kvarky, antikvarky, případně gluony.

Mnohem rychlejší než nejsilnější tornáda

Mikroskopické kapky nového stavu hmoty existují jen při teplotách statisíckrát vyšších než teplota slunečního jádra. K jejich pozorování poprvé došlo roku 2005 ve srážkách těžkých jader v Brookhavenské národní laboratoři (BNL) v New Yorku.

Nynější měření provedená tamtéž naznačují, že plazma tvořené silně interagujícími elementárními částicemi, kvarky a gluony je možné roztočit na rychlost mnohonásobně větší než lze pozorovat u nejsilnějších tornád. Rychlost výrazně předčí i dosavadní rekord, který držely nanokapičky tekutého helia.

Vytvořit v laboratoři podmínky po velkém třesku

Jak česká Akademie věd informuje, srážky dvou těžkých atomových jader na urychlovačích Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) v americké BNL a Large Hadron Collider (LHC) v Evropském středisku jaderného výzkumu (CERN) v Ženevě umožňují vytvořit v laboratoři podmínky panující ve vesmíru pouhých několik mikrosekund po velkém třesku.

Urychlovací trubice RHIC

Urychlovací trubice RHIC

FOTO: Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR

Pokrok při zmapování hydrodynamických vlastností plazmatu nedávno učinil experiment STAR, na kterém se čeští fyzici podíleli. Velikost rotačního pohybu plazmatu se určovala měřením polarizace Λ částic produkovaných ve srážkách jader zlata na urychlovači RHIC. Částice se polarizuje, jestliže se její vnitřní moment hybnosti orientuje ve směru momentu hybnosti plazmatu.

Výsledek prokázal, že se plazma otáčí s frekvencí 1022x za sekundu. Toto malé „supertornádo“ je tedy nejrychleji se otáčející i nejžhavější tekutinou vytvořenou v laboratorních podmínkách.

Extrémně silná magnetická pole

Objev rekordní vířivosti kvark-gluonové kapaliny podle Šumbery povede k lepšímu pochopení kvantové chromodynamiky, což je teorie popisující síly zodpovědné za uvěznění kvarků a gluonů uvnitř protonů, neutronů a dalších hadronů.

„Tato znalost nám též umožní lépe zmapovat závislost teploty na hustotě tohoto extrémního stavu hmoty, a lépe tak pochopit další vývoj vesmíru,“ shrnul pro Novinky.

Detektor STAR

Detektor STAR

FOTO: Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR

I v počátečním stadiu vesmíru mohla hrát vířivost významnou roli. Mohla dát vzniknout velice silným magnetickým polím, která pak ovlivňovala jeho další vývoj.

To se rovněž vědcům podařilo. Dvě proti sobě letící elektricky nabitá jádra vytvářejí dle slov Šumbery v místě srážky extrémně silné magnetické pole, byť jen krátce existující.

Teoreticky očekávaná hodnota magnetického pole vytvořeného ve srážce dvou jader zlata na urychlovači RHIC je 1 000 000 000 000 000 000 gaussů, což je tisíckrát více než u nejsilnějších známých zdrojů magnetických polí – neutronových hvězd nazývaných magnetary.

Nejde o jediný projekt, jehož další fáze může pomoci objasnit, co se dělo po velkém třesku. Novinky již například psaly o experimentu s prvkem germanium z ruské Sibiře. [celá zpráva]