Az ősrobbanás utáni pillanatokban rendkívül gyorsan változott a fiatal univerzum állapota: az első másodperc milliomodik részében még az úgynevezett kvark-gluon plazma töltötte ki a világmindenséget, amiben szabadon léteztek a kvarkok és gluonok, majd nagyon hamar lehűlt annyira az anyag, hogy elkezdjenek kialakulni a protonok, neutronok, amelyekben már kötött állapotba kerültek a szubatomi részecskék. A kvark-gluon plazmával kapcsolatban az egyik legfontosabb kérdést az jelenti, hogy mikor érkezett el az a pont, amikor az ősleves elkezdett átváltozni a hadronikus anyaggá, amely a mai világ építőköveit is jelenti.

A fázisdiagram feltérképezése révén a világegyetem változásai, működése és evolúciója is érthetőbbé válhat,

de a kvark-gluon plazma viselkedésének megfigyelése nem egyszerű feladat - részben azért, mert ma már ez az anyag csak részecskeütköztetőkben hozható létre, másrészt, mert csak szempillantásnyi ideig létezik, mielőtt hadronikus anyaggá változik.

A Brookhaven Nemzeti Laboratórium Relativisztikus Nehézion-ütköztetőjében (RHIC) a kutatók többek között a kvark-gluon plazma létrehozásával kísérleteznek, egy friss kutatásban pedig új módszerrel, elektron-pozitron párok segítségével mérték meg az “őslevesnek” a hőmérsékletét, ami lényeges aspektusát jelenti a fázisok közti átmenet meghatározásának. A kísérletben, amelyben magyar kutatók is részt vettek, sikerült 3,3 billió Celsius-fokos plazmát generálni arany atommagok ütköztetésével - ez körülbelül 220 ezerszer forróbb a Nap 15 millió fokos középpontjánál is.

“A kvark-gluon plazma (QGP) a legforróbb anyag, amit a Földön létre tudunk hozni”

- mondta el Zaochen Ye, a STAR Kollaboráció tagja a Brookhaven Nemzeti Laboratórium beszámolója szerint - “A QGP hőmérséklete a legfontosabb termodinamikai paraméter, amire szükségünk van ahhoz, hogy jellemezni tudjuk ennek az extrém anyagnak a tulajdonságait. A RHIC-ben most először tudjuk közvetlenül megmérni ezt elektronok és antirészecskéik segítségével.”

A kísérlet különlegessége, hogy különböző ütközési energiákon végezték a méréseket a STAR detektorral, és így az eredmények betekintést nyújtanak a kvark-gluon plazma tulajdonságaiba mind a korai szakaszban - amikor az ütközés során keletkező tűzgolyó még gyorsan tágul -, mind pedig a folyamat későbbi szakaszában, közvetlenül azelőtt, hogy a QGP lehűlne, és elkezdene szubatomi részecskékké átalakulni.

“Ez az eredmény azért nagyon fontos, mert ezt a hőmérsékletet az eddigiektől független módon sikerült megmérni, ráadásul a közeg hűlésének különböző időpillanataiban.

Ez megnyitja az előtt is az utat, hogy a kvarkanyag létrehozásához szükséges ütközési energiát kísérletileg meghatározzuk” – mondta el Csanád Máté, az ELTE RHIC-Magyarország csoportjának vezetője, aki a most megjelent STAR-cikk és az analízis ellenőrzésében is részt vett, mint a kísérlet által felkért belső bíráló. Az ELTE-s kutatócsoport tagjai (Nagy Márton, Kincses Dániel és diákjaik) régóta részt vesznek a STAR kísérlet adatainak felvételében, és az ELTE kutatói dolgoznak az adatok elemzésén is, különös tekintettel a femtoszkópiai mérésekre.

"Ezzel a módszerrel szinte pontosan meg tudtuk határozni, hol következik be a fázisátmenet” – magyarázta Zhangbu Xu, a STAR fizikusa és a Kent State University professzora - "Azt találtuk, hogy az összes, különböző energiákon mért késői szakaszbeli hőmérséklet megegyezik, és egybeesik a fázisátmenetnél várható hőmérséklettel. Ez meglepő volt, és örültünk a felfedezésnek.”

A 3,3 billió Celsius-fok hihetetlenül magas hőmérsékletet jelent, de a Guinness World Records szerint nem döntöttek csúcsot vele a kutatók: az eddig előállított legmagasabb hőmérséklet a Guinness szerint 4 billió Celsius-fok - ezt szintén a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban állították elő, szintén arany ionok ütköztetésével, miközben a kvark-gluon plazma rejtélyeit kutatták 2005-ben. Ezt valójában már meghaladták azóta egy másik kísérletben: a CERN Nagy Hadronütköztetőjében 2012-ben (ugyancsak a kvark-gluon plazma vizsgálata miatt) 5,5 billió Celsius-fokos hőmérsékletet generáltak a kutatók ólom ionok ütköztetése révén.

(Fotó: flutie8211/Pixabay)

Fény derülhet rá, mi történt az ősrobbanás utáni kritikus pillanatban Az univerzum létrejöttének kritikus pontját keresik a kutatók.