Quark-gluonová plazma – která zaplnila vesmír krátce po Velkém třesku – proudí jako voda

Co dělá kvark gluon? plazma – Horká polévka elementárních částic se vytvořila několik mikrosekund poté Velký třesk – máte společné s vodou z vodovodu? Vědci tvrdí, že je to tak, jak to proudí.

Nová studie publikovaná v časopise 27. května 2021 Fyzika SciPostzdůraznil překvapivé podobnosti mezi kvark-gluonovou plazmou, první hmotou, o které se věřilo, že naplnila raný vesmír, a vodou, která vychází z našeho faucetu.

Vztah mezi viskozitou kapaliny, tím, jak je tekutina, a její hustotou určuje, jak proudí. Zatímco jak viskozita, tak hustota plazmatu kvark-gluon jsou asi o 16 řádů vyšší než u vody, vědci zjistili, že poměr viskozity a hustoty obou typů kapalin je stejný. To naznačuje, že jeden z nejexotičtějších stavů hmoty, o kterém je známo, že existuje v našem vesmíru, vytéká z vašeho faucetu podobně jako voda.

Hmota, která tvoří náš vesmír, je tvořena atomy, které jsou tvořeny jádry obíhajícími elektrony. Jádra jsou tvořena protony a neutrony, souhrnně označovanými jako nukleony, a ty jsou zase tvořeny kvarky, které interagují prostřednictvím gluonů. Při velmi vysokých teplotách – asi milionkrát teplejších než střed Slunce – se kvarky a gluony oddělí od svých mateřských nukleonů a místo toho vytvoří hustou horkou polévku známou jako kvark-gluonová plazma.

Předpokládá se, že krátce po Velkém třesku byl raný vesmír naplněn neuvěřitelně horkou kvark-gluonovou plazmou. To se poté ochladilo o mikrosekundy později a vytvořilo stavební kameny veškeré hmoty nalezené v našem vesmíru. Od počátku roku 2000 se vědcům podařilo experimentálně simulovat kvark-gluonovou plazmu s velkými urychlovači částic, což umožnilo nový pohled na tento exotický stav hmoty.

Předpokládá se, že běžná hmota, se kterou se každý den setkáváme, má velmi odlišné vlastnosti než kvark-gluonová plazma nalezená v počátcích vesmíru. Například kapaliny jako voda jsou určovány chováním atomů a molekul, které jsou mnohem větší než částice v kvark-gluonové plazmě a jsou drženy pohromadě slabšími silami.

Nejnovější studie však ukazuje, že navzdory těmto rozdílům je poměr viskozity a hustoty, známý jako kinematická viskozita, blízký jak v kvark-gluonové plazmě, tak v běžných kapalinách. Tento poměr je důležitý, protože proudění kapaliny není jen funkcí viskozity, ale je určeno Navier-Stokesovou rovnicí, která zahrnuje hustotu a viskozitu. Pokud je tento poměr stejný pro dvě různé kapaliny, budou tyto dvě kapaliny proudit stejným způsobem, i když mají velmi odlišné viskozity a hustoty.

Je důležité, aby viskozitě kvark-gluonové plazmy neodpovídala jen jakákoli kapalná viskozita. Viskozita kapaliny se může skutečně lišit o řadu řádů v závislosti na teplotě. Existuje však velmi specifický bod, kdy má viskozita kapaliny téměř univerzální dolní mez. Dřívější výzkumy ukázaly, že v tomto limitu je viskozita kapaliny určena základními fyzikálními konstantami, jako je Planckova konstanta a hmotnost nukleonu. Právě tyto přirozené konstanty nakonec rozhodují o tom, zda je proton stabilní částice, a řídí procesy, jako je jaderná syntéza ve hvězdách a tvorba základních biochemických prvků, které jsou pro život nezbytné. Nedávná studie zjistila, že tento univerzální nižší limit viskozity běžných kapalin, jako je voda, se blíží viskozitě kvark-gluonové plazmy.

Profesor Kostya Trachenko, profesor fyziky na univerzitě Queen Mary v Londýně a autor nedávno publikovaného článku, řekl: „Nerozumíme plně původu této nápadné podobnosti, ale věříme, že to může souviset se základními fyzikálními konstantami, které oba nastavit univerzální dolní mez viskozity jak pro běžné kapaliny, tak pro kvark-gluonovou plazmu. “

„Tato studie je poměrně vzácným a potěšujícím příkladem toho, kde můžeme provádět kvantitativní srovnání mezi velmi odlišnými systémy,“ pokračuje profesor Matteo Baggioli z Universidad Autónoma de Madrid. “Kapaliny jsou popsány hydrodynamikou, což nám zanechává mnoho otevřených problémů, které jsou v současné době v popředí fyzikálního výzkumu.” Náš výsledek ukazuje schopnost fyziky převést obecné principy do konkrétních předpovědí o komplexních vlastnostech, jako je tok kapalin v exotických druzích látek, jako je kvark-gluon-plazma. “

Pochopení kvark-gluonové plazmy a jejího toku je v současné době v popředí fyziky vysokých energií. Silné síly mezi kvarky a gluony jsou popsány kvantovou chromodynamikou, jednou z nejkomplexnějších fyzikálních teorií, které existují. Ačkoli kvantová chromodynamika poskytuje teorii silné jaderné síly, je velmi obtížné řešit a pochopit vlastnosti kvark-gluonové plazmy pouze s ní.

“Je myslitelné, že současný výsledek nám umožní lépe porozumět kvark-gluonové plazmě,” dodal profesor Vadim Brazhkin z Ruské akademie věd. “Důvodem je to, že minimální viskozita v kapalinách odpovídá velmi specifickému režimu dynamiky kapalin, kterému jsme porozuměli teprve nedávno.” Podobnost s QGP naznačuje, že částice v tomto exotickém systému se pohybují stejným způsobem jako ve vodě z vodovodu. “

Odkaz: „Podobnost mezi kinematickou viskozitou kvark-gluonové plazmy a kapalin při viskozitním minimu“, autor: Kostya Trachenko, Vadim Brazhkin a Matteo Baggioli, 27. května 2021, Fyzika SciPost.
DOI: 10,21468 / SciPostPhys.10.5.118

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.