Hurtigere end en tornado, hurtigere end den gigantiske storm, der virvler rundt på Jupiter - det er verdens hurtigst hvirvlende virvel, som forskere har skabt i en primordial suppe af klæbrig partikler, der skulle genoprette Big Bang.
Den hvirvlende partikelsuppe roterer med hastighedsnaphastighed - mange gange hurtigere end de nærmeste deltagere.
Forvent dog ikke, at denne hurtigt spinnende væske drejer hoveder når som helst snart, da hvirvlerne forekommer i et materiale kaldet et quark-gluon-plasma, der er så lille, at signaturen til denne hvirvlende kun kan opdages af de partikler, den producerer.
"Vi kan ikke se på quark-gluon-plasmaet; det er i skala fra en atomkerne," sagde Michael Lisa, en fysiker ved Ohio State University, der arbejder på Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) -samarbejdet, der producerede nye resultater.
Varm suppe
Lige efter Big Bang gennemsyrede en varm primordial gryderet af elementære partikler kaldet kvarker og gluoner babyuniverset. Disse elementære partikler er byggestenene til bedre kendte partikler, såsom protoner og neutroner. Dette quark-gluon plasma har flere unikke egenskaber. Først ved en flammende 7 billioner til 10 billioner grader Fahrenheit (3,9 billioner til 5,6 billioner grader Celsius) er det den hotteste kendte væske. Det er også den tætteste væske og "næsten perfekt", idet den oplever næsten ingen friktion, hvilket betyder, at den flyder meget let.
For at forstå nøjagtigt, hvad der skete i disse øjeblikke efter Big Bang, har forskere gendannet denne oprindelige partikelsuppe i et atomudbrud på RHIC, ved Brookhaven National Laboratory i Upton, New York. RHIC smadrer kerne af guldatomer sammen med næsten lysets hastighed og bruger derefter ultrasensitive detektorer til at måle partiklerne, der flyver fra kollisionen.
Virvlende væske
I den nye undersøgelse analyserede teamet quark-gluonplasmas vorticitet - i det væsentlige et mål for dets vinkelmoment eller, i forhold til tale, hvor hurtigt det snurrer.
Naturligvis havde de en unik hindring: RHIC kan producere bare en teensy mængde af materialet, og det lever meget flygtigt, eller cirka 10 ^ minus 23 sekunder. Så der er ingen måde at "observere" denne væske i traditionel forstand.
I stedet ser forskere på underskrifter af dens hvirvlende, baseret på partiklerne fra suppen, fortalte Lisa til Live Science. I gennemsnit skal partikler inde i en spindevæske have spins, der groft stemmer overens med væskens bevægelsesmoment. Ved at måle, hvor meget partiklerne, der kommer ud af denne hvirvlende suppe, bliver afbøjet fra deres forventede bane, kunne teamet beregne et groft skøn for væskens vorticitet - som groft måler den lokale roterende bevægelse. Især har partikler kendt som lambda baryoner en tendens til at forfalde langsommere end andre partikler, såsom protoner og neutroner, hvilket betyder, at RHIC-detektorerne lettere kunne spore deres veje, før de forsvandt.
Det viser sig, at vorticiteten i quark-gluon-plasmaet får den hvirvlende bevægelse inde i et tornado til at virke som en rolig dag i parken. Vorticiteten er den hurtigste, der nogensinde er optaget - meget hurtigere end Jupiters store røde plet, en hvirvlende storm af gas. Det er også hurtigere end den forrige rekordholder, en superkølet type helium-nanodroplet, rapporterede forskerne 2. august i tidsskriftet Nature.
At forstå strukturen i væskestrømningen i plasmaet kunne afsløre indsigt i den stærke atomkraft, der binder atomer sammen, sagde forskerne. Flere konkurrerende partikelteorier forudsiger vorticitet, som til sidst kan sammenlignes med disse eksperimentelle resultater. Imidlertid ved forskere stadig for lidt om plasmaets virvlende egenskaber til at tage endelige konklusioner.
”Det er for tidligt at sige, om det lærer os noget grundlæggende,” sagde Lisa.
