Jest to pierwszy raz, kiedy naukowcy zaobserwowali utratę energii energetycznych cząstek w takich właśnie układach. Owa utrata energii jest jednym z podstawowych wyznaczników obecności plazmy kwarkowo-gluonowej, czyli materii, która według naukowców istniała tuż po Wielkim Wybuchu, kiedy jeszcze nie było atomów i składających się na nie protonów i neutronów, a jedynie morze swobodnie pływających kwarków i gluonów.
Do tej pory uważano, że tylko zderzenia między dużymi jądrami atomowymi, takimi jak jony złota, mogą generować energię potrzebną do wytworzenia QGP. Większe jądra zawierają więcej protonów i neutronów, co skutkuje bardziej energetycznymi i złożonymi zderzeniami. Jednak najnowsze wyniki eksperymentu PHENIX przeprowadzonego w zderzaczu RHIC wskazują, że nawet małe jądra atomowe zderzające się z dużymi mogą wytwarzać maleńkie, niezwykle ulotne krople QGP. Odkrycie to podważa wcześniejsze założenia dotyczące warunków wymaganych do powstania QGP.
Czytaj także: Naukowcy zaglądają do wnętrza plazmy kwarkowo-gluonowej. Nigdy wcześniej nie udało się tego zmierzyć
Jednym z najbardziej uderzających spostrzeżeń w tym badaniu jest tłumienie dżetów, czyli zjawisko, w którym cząstki o wysokiej energii tracą energię, przedzierając się właśnie prze zobłok QGP.
Jak wskazują autorzy opracowania, takie dżety powstają, gdy kwarki lub gluony z jednej wiązki jonów zderzają się z kwarkami lub gluonami z wiązki biegnącej w przeciwnym kierunku. Tłumienie dżetów w tej sytuacji można porównać do tłumienia występującego np. podczas przesuwania się obiektów w wodzie. QGP wytwarza opór, który spowalnia dżety. W najnowszym eksperymencie naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali ten efekt w małym układzie zderzeniowym, a konkretnie w oddziaływaniach deuteronu ze złotem.
Aby precyzyjnie zmierzyć utratę energii, naukowcy opracowali innowacyjną metodę określania stopnia, w jakim jądra zderzają się ze sobą czołowo. Użyli „bezpośrednich” fotonów jako punktu odniesienia, ponieważ fotony te są wytwarzane podczas zderzeń, ale sama plazma kwarkowo-gluonowa w żaden sposób na nie nie wpływa. Porównując liczbę cząstek energetycznych z liczbą bezpośrednich fotonów, zespół był w stanie wyraźnie zidentyfikować utratę energii i potwierdzić powstawanie QGP.
Czytaj także: Wielki Wybuch to jedna z ostatnich rzeczy, które można podważyć. Dlaczego?
To odkrycie ma głębokie implikacje dla zrozumienia warunków panujących na wczesnym etapie istnienia wszechświata. Naukowcy rozszerzają teraz swoją analizę na inne małe układy zderzeń, takie jak proton-złoto i hel-3-złoto, aby dokładniej przyjrzeć się oddziaływaniom zachodzącym w zderzeniach z małymi jądrami atomowymi.
Jeśli wyniki obserwacji się potwierdzą, naukowcy będą zmuszeni zrewidować swoje rozumienie mechanizmów stojących za powstawaniem plazmy kwarkowo-gluonowej. Będzie to bowiem dowód na to, że powstawanie QGP nie ogranicza się do kolizji masywnych jąder atomowych, ale może zachodzić także w znacznie mniej ekstremalnych warunkach.
Badania te nie tylko pogłębiają naszą wiedzę na temat QGP, ale także dostarczają wglądu w fizykę wczesnego wszechświata, oferując wgląd w warunki panujące bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.