Vedci zachytili stopu z prvých okamihov vesmíru. Experiment ukázal, že pradávna hmota sa správala ako „polievka“

Tesne po veľkom tresku bol vesmír extrémne horúcou a hustou „polievkou“ elementárnych častíc. Vedci dnes dokázali experimentálne zachytiť prvé presvedčivé stopy toho, že táto prvotná hmota sa naozaj správala ako tekutina.

Nové výsledky z urýchľovača častíc v CERN-e tak pomáhajú lepšie pochopiť úplne prvé okamihy existencie vesmíru.

Prvotná „polievka“ horúcejšia než povrch Slnka

Bezprostredne po veľkom tresku existoval vesmír podľa fyzikov ako extrémne horúca plazma z kvarkov a gluónov, označovaná ako kvark-gluónová plazma. Podľa portálu Science Alert išlo o prvú a najhorúcejšiu „kvapalinu“, ktorá mohla byť miliardkrát teplejšia než povrch Slnka a existovala len zlomky sekundy, kým sa rozpínala a ochladila na atómy.

Tento stav hmoty dnes vedci dokážu krátko vytvoriť v experimentoch, keď v urýchľovači Large Hadron Collider zrážajú ťažké jadrá takmer rýchlosťou svetla. Pri takýchto zrážkach vznikajú kvapky kvark-gluónovej plazmy – extrémne malé, približne desaťtisíckrát menšie než atóm, a existujúce len okamih, píše portál Live Science. V tomto prostredí sa bežná štruktúra atómov rozpadá a kvarky s gluónmi sa môžu pohybovať voľnejšie, pričom sa správajú skôr ako tekutina než ako jednoduchý plyn častíc.

Ako vedci sledovali „stopu“ častice

Kľúčovou otázkou bolo, či sa plazma správa ako súdržná kvapalina. Vedci preto sledovali, čo sa stane, keď ňou preletí energetický kvark. Teória predpokladala, že by za sebou mal zanechať stopu podobnú vlne za člnom na vode.

Fyzik Krishna Rajagopal z MIT vysvetlil pre Science Alert princíp jednoduchým prirovnaním: „Keď máte loď pohybujúcu sa po jazere, vlna za loďou je voda, ktorá sa pohybuje v jej smere. Loď preniesla hybnosť na časť vody, ktorá ju potom nasleduje.“

V praxi je však takúto stopu mimoriadne ťažké odhaliť. Plazma existuje iba zlomok sekundy a obsahuje obrovské množstvo interagujúcich častíc. Vedci preto museli analyzovať miliardy kolízií a hľadať drobné zmeny v rozložení energie a častíc.

Pomohol zvláštny „partner“ kvarku

Prelom prišiel vďaka inému typu zrážok, kde spolu s kvarkom vznikne aj Z bozón – neutrálna elementárna častica. Tá podľa Science Alert s plazmou prakticky neinteraguje, a preto vedcom umožňuje presnejšie určiť smer a energiu kvarku.

Aj podľa fyzika Yi Chena z Vanderbiltovej univerzity je práve toto kľúčové: „Z bozón je zodpovedný za slabú interakciu a z pohľadu plazmy jednoducho unikne a zmizne zo scény.“ Vďaka tomu možno sledovať samotný kvark bez skreslenia.

Vedci potom skúmali častice vznikajúce za dráhou kvarku a hľadali očakávané oslabenie hustoty – akési „preliačenie“ za ním. Chen prirovnal situáciu opäť k vode: „Očakávame malé zníženie hladiny za loďou, pretože voda je vytlačená preč.“

Malý signál, veľký význam pre kozmológiu

Výsledok bol veľmi jemný. Podľa Live Science sa v smere za kvarkom objavila zmena menšia než jedno percento, no presne taká, akú teória predpovedala. Chen priznal: „Je to veľmi malý efekt, a aj preto trvalo tak dlho, kým sa ho podarilo experimentálne preukázať.“

Pre fyzikov je to však silný dôkaz, že kvark-gluónová plazma sa skutočne správa ako hustá tekutina. Fyzik Yen-Jie Lee z MIT uviedol podľa Science Alert: „Teraz vidíme, že plazma je neuveriteľne hustá, dokáže spomaliť kvark a vytvára rozstreky a víry ako kvapalina. Kvark-gluónová plazma je naozaj prvotná polievka.“

Význam objavu presahuje samotnú časticovú fyziku. Obdobie kvark-gluónovej plazmy nastalo krátko po vzniku vesmíru a nemožno ho priamo pozorovať teleskopmi. Ako zdôrazňuje Chen, „toto obdobie nie je možné pozorovať priamo… vesmír bol vtedy nepriehľadný.“ Laboratórne zrážky tak poskytujú jedinečný pohľad na to, ako sa vesmír správal v úplne prvých momentoch svojej existencie.

Vedci zároveň zdôrazňujú, že ide len o začiatok. Nová experimentálna metóda umožní presnejšie skúmať vlastnosti tejto exotickej hmoty aj v budúcnosti. Ako poznamenal Rajagopal pre Science Alert, princíp výskumu je jednoduchý: „V mnohých oblastiach vedy sa vlastnosti materiálu zisťujú tak, že ho nejako narušíte a sledujete, ako sa porucha šíri.“

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír