Научници откривају тајне првих тренутака универзума

Њихови напори били су фокусирани на мапирање „примордијалне супе“ која је испунила универзум у првом милионитом делу секунде након његовог стварања.

Физичари са Универзитета Еттвес Лоранд проучавали су компоненте атомског језгра користећи три најнапреднија акцелератора честица на свету. Њихово истраживање има за циљ да истражује „примордијалну супу“ која је постојала у свемиру током првих микросекунди након његовог стварања. Занимљиво је да њихови налази сугеришу да посматрано кретање честица подсећа на потрагу за пленом морских предатора, обрасце климатских промена и флуктуације на берзи.

Непосредно након несреће велика експлозијаТемпературе су биле толико екстремне да ни атомска језгра ни нуклеони, њихови грађевински блокови, нису могли постојати. Дакле, у овом првом случају, универзум је био испуњен „примордијалном супом“ кваркова и глуона.

Како се универзум хладио, овај медијум је прошао процес „замрзавања“, што је довело до формирања честица које данас познајемо, као што су протони и неутрони. Овај феномен се реплицира у много мањој скали у експериментима са акцелераторима честица, где судари између два језгра стварају ситне капљице кваркове материје. Ове капљице на крају прелазе у обичну материју кроз замрзавање, трансформацију познату истраживачима који спроводе ове експерименте.

Разлике у материји кварка

Међутим, својства кваркове материје се разликују због разлика у притиску и температури које су резултат енергије судара у акцелераторима честица. Ова разлика захтева мерења за „скенирање“ материје на акцелераторима честица различитих енергија, као што је релативистички сударач тешких јона (РХИЦ) у Сједињеним Државама или суперпротонски сударач (СПС) и Велики хадронски сударач (ЛХЦ) у Швајцарској.

„Овај аспект је толико важан да се нови акцелератори стварају широм света, на пример у Немачкој или Јапану, посебно за такве експерименте. „Можда је најважније питање како се дешава прелаз између фаза: критична тачка се може појавити на мапа фаза.” , објашњава Мати Цханад, професор физике на Одсеку за атомску физику на Универзитету Еотвос Лоранд (ЕЛТЕ).

Монтажа реконструисаних трагова из стварних судара и фотографија укључених детектора у Националној лабораторији Брукхејвен и у ЦЕРН-у. Извор: Монтажа коју је направио Мате Цсанад / Универзитет Еотвос Лоранд Оригиналне слике монтаже: СТАР ес ПХЕНИКС: Броокхавен Натионал Лаборатори и ЦМС ес НА61: ЦЕРН

Дугорочни циљ истраживања је да продуби наше разумевање снажне интеракције која управља интеракцијама у материји кварка и у атомским језгрима. Наш тренутни ниво знања у овој области може се упоредити са разумевањем електричне енергије човечанства у доба Волте, Максвела или Фарадеја. Иако су имали идеју о основним једначинама, било је потребно много експерименталног и теоријског рада да би развили технологије које су дубоко трансформисале свакодневни живот, од сијалице до телевизора, телефона, рачунара и интернета. Исто тако, наше разумевање снажне интеракције је још увек у раној фази, због чега су истраживања за њено истраживање и мапирање кључни.

Иновације у фемтоскопији

Истраживачи ЕЛТЕ-а су били укључени у експерименте на сваком од горе поменутих акцелератора, а њихов рад у протеклих неколико година довео је до свеобухватне слике геометрије кваркове материје. То су постигли применом фемтоскопских техника. Ова техника користи корелације које произилазе из некласичне, квантне таласне природе произведених честица, које на крају откривају фемтометарску структуру средине, која је извор емисије честица.

Истраживачи са Универзитета Етвос раде на прикупљању података за експеримент СТАР у Националној лабораторији Брукхејвен. Заслуге: Мате Цсанад / Универзитет Еотвос Лоранд

„У претходним деценијама, фемтокопија је вршена под претпоставком да материја кварка прати нормалну дистрибуцију, односно Гаусов облик који се налази на многим местима у природи“, објашњава Мартон Нађ, један од водећих истраживача групе.

Међутим, мађарски истраживачи су се окренули Левијевом процесу, такође познатом у разним научним дисциплинама, као општијем оквиру, што је добар опис потраге за пленом од стране морских предатора, процеса на берзи, па чак и климатских промена. Посебност ових процеса је да у одређеним тренуцима пролазе кроз веома велике варијације (на пример, када ајкула тражи храну у новој области), иу таквим случајевима може доћи до дистрибуције влакана уместо нормалне (Гаусове) расподеле.

Импликације и улога ЕЛТЕ-а

Ово истраживање је од великог значаја из више разлога. На првом месту, једна од најпроучаванијих карактеристика замрзавања кваркове материје у хадронску материју је фемтоскопски радијус (који се назива и ХБТ радијус, с обзиром на добро познати Ханбури-Бровн и Твисс ефекат). У астрономији) се изводи из фемтоскопских мерења. Међутим, ова мера зависи од претпостављене геометрије медијума. Као што Даниел Кинсис, постдокторски истраживач у групи, резимира: „Ако Гаусова претпоставка није оптимална, најтачнији резултати из ових студија могу се добити само под Левијевом претпоставком. Вредност Левијевог експонента, која карактерише Леви дистрибуцију, може Они такође бацају светло на природу фазног прелаза, и стога његова варијација са енергијом судара пружа увид у различите фазе кваркове материје.

Истраживачи ЕЛТЕ-а су активно укључени у четири експеримента: НА61/СХИНЕ на СПС акцелератору, ПХЕНИКС и СТАР у РХИЦ-у и ЦМС на ЛХЦ-у. ЕЛТЕ-ову групу НА61/СХИНЕ предводи Јошиказу Нагаи, а ЦМС групу предводи Габриела Пастор; и РХИЦ групе које је основао Мате Цсанад, који такође координира фемтоскопска истраживања у ЕЛТЕ-у.

Ове групе дају значајан допринос успеху експеримената у различитим капацитетима, од развоја реагенса до прикупљања и анализе података. Такође учествују у многим теоријским пројектима и истраживањима. „Оно што је јединствено у нашем истраживању фемтоскопије је то што се оно изводи у четири експеримента на три акцелератора честица – што нам даје широк поглед на геометрију и могуће фазе кваркове материје“, каже Матеј Чанад.

Референца: „Нова метода за израчунавање Бозе-Ајнштајн корелационих функција са Кулоновом интеракцијом коначног стања“ од Мартон Нађ, Алета Борза, Матеј Чанад и Данијел Кинсис, 8. новембар 2023. Европски физички часопис Ц.
дои: 10.1140/епјц/с10052-023-12161-и