Przejdź do treści

Najgorętsze miejsce na Ziemi

O tym, jaka jest naj­niż­sza moż­liwa tem­pe­ra­tura, wiemy chyba wszy­scy: jest nią tzw. Zero Ab­so­lutne, które od­po­wiada tem­pe­ra­ru­rze -273,15 stopni Cel­sju­sza. Jaka jest na­to­miast gra­nica po prze­ciw­nej stro­nie?

Jaką „naj­go­ręt­szą” tem­pe­ra­turę udało się osią­gnąć? To 4 bi­liony stopni Cel­sju­sza. Dla po­rów­na­nia ją­dro na­szego Słońca jest roz­grzane je­dy­nie do 15 mi­lio­nów stopni Cel­sju­sza. Tem­pe­ra­tura taka zo­stała osią­gnięta nie gdzieś w ko­smo­sie, ale na Ziemi, a kon­kret­nie rzecz bio­rąc w Bro­okha­ven Na­tio­nal La­bo­ra­tory na Long Is­land w sta­nie Nowy Jork, w ak­ce­le­ra­to­rze Re­la­ti­vi­stic He­avy Ion Col­li­der (RHIC). Za po­mocą ak­ce­le­ra­tora RHIC na­ukowcy do­pro­wa­dzili do zde­rze­nia jo­nów złota, bę­dą­cego jed­nym z naj­cięż­szych sta­bil­nych (nie­ra­dio­ak­tyw­nych) pier­wiast­ków.

Wy­zwa­la­jąca się pod­czas zde­rzeń ener­gia była tak ol­brzy­mia, że atomy złota to­piły się po­zo­sta­wia­jąc sub­stan­cję przy­po­mi­na­jącą cie­kłą pla­zmę zło­żoną z kwar­ków i glu­onów. Taki pla­zmowy stan ma­te­rii ist­niał w na­tu­rze po mniej wię­cej jed­nej mi­lio­no­wej se­kun­dzie od po­czątku Wiel­kiego Wy­bu­chu. W tym cza­sie cała ener­gia wszech­świata za­warta była w ob­sza­rze o roz­mia­rach po­rów­ny­wal­nych z roz­mia­rami Układu Sło­necz­nego. Stan ten udało się utrzy­mać przez za­le­d­wie mi­liar­dową część se­kundy, nie­mniej jed­nak, po­miary ener­gii fo­to­nów wy­emi­to­wa­nych w tak nie­zmier­nie krót­kim cza­sie po­zwo­liły na dość do­kładne osza­co­wa­nie osią­gnię­tej tem­pe­ra­tury – około 4 bi­lio­nów stopni Cel­sju­sza.

Spo­dzie­wa­li­śmy się osią­gnąć ta­kie tem­pe­ra­tury, po to RHIC zo­stał zbu­do­wany, ale nie są­dzi­li­śmy, że za­ob­ser­wu­jemy też za­cho­wa­nia wła­ściwe dla nie­mal ide­al­nej cie­czy - mówi Ste­ven Vig­dor, od­po­wie­dzialny w Bro­okha­ven za fi­zykę czą­stek.

Pla­zma kwar­kowo – glu­onowa – forma ma­te­rii wy­stę­pu­jąca w tem­pe­ra­tu­rach nie­ist­nie­ją­cych w spo­sób na­tu­ralny we wszech­świe­cie — nie jest ga­zem, ale cie­czą i to w do­datku cie­czą do­sko­nałą. W prze­ci­wień­stwie do czą­stek zwy­kłej cie­czy, które po­ru­szają się w spo­sób lo­sowy, cząstki cie­czy do­sko­na­łej po­ru­szają się w spo­sób bar­dzo sko­or­dy­no­wany, przy­po­mi­na­jący mniej wię­cej za­cho­wa­nie ła­wicy ryb. Ni­ski sto­pień lep­ko­ści pla­zmy kwar­kowo – glu­ono­wej, jaką uzy­skano w wy­niku eks­pe­ry­mentu prze­pro­wa­dzo­nego w Bro­okha­ven, zbli­żał się do teo­re­tycz­nych gra­nic, okre­ślo­nych przez za­sady fi­zyki kwan­to­wej. Wy­niki eks­pe­ry­mentu, do­wo­dzące stop­nia in­te­rak­cji czą­stek, gwał­tow­nego roz­grza­nia i bar­dzo ni­skiej lep­ko­ści wy­ka­zały, że po­wstała w nie­by­wa­łej tem­pe­ra­tu­rze pla­zma kwar­kowo – glu­onowa jest nie­mal naj­do­sko­nal­szym pły­nem, jaki kie­dy­kol­wiek za­ob­ser­wo­wano.

Co cie­kawe, ta­kie za­cho­wa­nia ma­te­rii stwier­dzono w eks­tre­mal­nie róż­nych tem­pe­ra­tu­rach, inni fi­zycy ob­ser­wo­wali po­dobne za­cho­wa­nia ato­mów zła­pa­nych w pu­łapkę i schło­dzo­nych nie­mal do zera ab­so­lut­nego, to tem­pe­ra­tura dzie­sięć mi­lio­nów bi­lio­nów razy niż­sza niż uzy­skana przez nas w RHIC — stwier­dził Vig­dor — to tylko jedno z wielu nie­spo­dzie­wa­nych po­do­bieństw po­mię­dzy na­szymi ba­da­niami a wy­ni­kami in­nych ze­spo­łów, jed­ność fi­zyki to cu­downa rzecz

Naj­go­ręt­szy eks­pe­ry­ment na świe­cie ame­ry­kań­skich na­ukow­ców może nam po­móc zro­zu­mieć jak po­wstał wszech­świat. Cały czas za­gadkę sta­nowi przy­czyna tego pro­cesu, oraz droga, jaką mu­siała prze­być pla­zmowa sub­stan­cja za­nim za­mie­niła się w gwiazdy i wszystko to, co znaj­duje się w zna­nym nam wszech­świe­cie.

Powiązane materiały: