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: