Plasma Quark-Gluon – care a umplut universul la scurt timp după Big Bang – curge ca apa

Ce înseamnă quark-gluon? plasmă – supa fierbinte de particule elementare s-a format la câteva microsecunde după Marea explozie – Aveți în comun cu apa de la robinet? Oamenii de știință spun că este modul în care curge.

Un nou studiu, publicat în 27 mai 2021 în jurnal SciPost Physics, a evidențiat asemănările izbitoare dintre plasma quark-gluon, primul subiect despre care se crede că a umplut Universul primitiv și apa care vine de la robinetul nostru.

Relația dintre vâscozitatea unui fluid, măsurarea fluidității și densitatea acestuia, decide cum curge. Deși atât vâscozitatea, cât și densitatea plasmei de quark-gluon sunt cu aproximativ 16 ordine de mărime mai mari decât în ​​apă, cercetătorii au descoperit că raportul dintre vâscozitatea și densitatea celor două tipuri de fluide este același. Acest lucru sugerează că una dintre cele mai exotice stări de materie cunoscute în universul nostru ar ieși din robinet în același mod ca și apa.

Materia care alcătuiește universul nostru este alcătuită din atomi, care constau din nuclee cu electroni care orbitează. Nucleii constau din protoni și neutroni cunoscuți colectiv sub numele de nucleoni și aceștia la rândul lor constau din quarkuri care interacționează prin gluoni. La temperaturi foarte ridicate, de aproximativ un milion de ori mai fierbinți decât centrul Soarelui, cuarcii și gluonii sunt eliberați din nucleonii lor părinți și formează în schimb o supă densă, fierbinte, cunoscută sub numele de plasma quark-gluon.

Se crede că la scurt timp după Big Bang universul primitiv a fost umplut cu plasmă incredibil de fierbinte de quark-gluon. Apoi au răcit microsecunde mai târziu pentru a forma blocurile de bază ale întregii materii din universul nostru. De la începutul anilor 2000, oamenii de știință au reușit să recreeze experimental plasma quark-gluon folosind colizori mari de particule, ceea ce a oferit noi informații despre această stare exotică a materiei.

Se crede că materia obișnuită pe care o întâlnim zilnic are proprietăți foarte diferite de plasma quark-gluon găsită la începuturile timpurii ale Universului. De exemplu, fluidele precum apa sunt guvernate de comportamentul atomilor și moleculelor care sunt mult mai mari decât particulele găsite în plasma quark-gluon și ținute împreună de forțe mai slabe.

Cu toate acestea, studiul recent arată că, în ciuda acestor diferențe, raportul vâscozitate-densitate, cunoscut sub numele de vâscozitate cinematică, este aproape atât în ​​plasma quark-gluon, cât și în lichidele obișnuite. Acest raport este important deoarece fluxul fluidului nu depinde doar de vâscozitate, ci este guvernat de ecuația Navier-Stokes care conține densitate și vâscozitate. Prin urmare, dacă acest raport este același pentru două fluide diferite, aceste două fluide vor curge în același mod, chiar dacă au vâscozități și densități foarte diferite.

Este important să rețineți că nu orice vâscozitate lichidă se potrivește cu vâscozitatea plasmei quark-gluon. De fapt, vâscozitatea lichidului poate varia în multe ordine de mărime, în funcție de temperatură. Cu toate acestea, există un punct foarte particular în care vâscozitatea lichidă are o limită inferioară aproape universală. Cercetările anterioare au constatat că la această limită, vâscozitatea fluidului este guvernată de constante fizice fundamentale, cum ar fi constanta Planck și masa nucleonilor. Aceste constante ale naturii decid în cele din urmă dacă un proton este o particulă stabilă și guvernează procese precum sinteza nucleară în stele și crearea de elemente biochimice esențiale necesare vieții. Studiul recent a constatat că tocmai această limită inferioară universală a vâscozității fluidelor obișnuite, cum ar fi apa, se dovedește a fi aproape de vâscozitatea plasmei de quark-gluon.

Profesorul Kostya Trachenko, profesor de fizică la Universitatea Queen Mary din Londra și autor al articolului recent, a spus: „Încă nu înțelegem pe deplin originea acestei asemănări izbitoare, dar credem că ar putea fi legată de constantele fizice fundamentale. atât limita inferioară de vâscozitate universală atât pentru lichide comune, cât și pentru plasma quark-gluon. “

„Acest studiu oferă un exemplu destul de rar și încântător de unde putem face comparații cantitative între sisteme extrem de disparate”, continuă profesorul Matteo Baggioli de la Universitatea Autonomă din Madrid. „Lichidele sunt descrise prin hidrodinamică, ceea ce ne lasă cu multe probleme deschise, care sunt în prezent în fruntea cercetării fizicii. Rezultatul nostru arată puterea fizicii de a traduce principiile generale în predicții specifice despre proprietăți complexe, cum ar fi fluxul de lichide în tipuri de materie exotică, cum ar fi plasma quark-gluon. “

Înțelegerea plasmei de quark-gluon și a fluxului său se află în prezent în fruntea fizicii cu energie ridicată. Forțele puternice dintre quark și gluoni sunt descrise de cromodinamica cuantică, una dintre cele mai complete teorii fizice care există. Deși, deși cromodinamica cuantică oferă o teorie a forței nucleare puternice, este foarte dificil de rezolvat și înțeles proprietățile plasmatice ale quark-gluonului doar folosind acest lucru.

„Este de conceput că rezultatul actual ne-ar putea oferi o mai bună înțelegere a plasmei de quark-gluon”, a adăugat profesorul Vadim Brazhkin de la Academia Rusă de Științe. „Motivul este că vâscozitatea lichidelor corespunde cel puțin unui regim foarte particular al dinamicii lichidelor pe care l-am înțeles abia recent. Similitudinea cu QGP sugerează că particulele din acest sistem exotic se mișcă în același mod ca în apa de la robinet. ”.

Referință: „Similitudinea dintre vâscozitatea cinematică a plasmei de quark-gluon și a lichidelor la vâscozitatea minimă” de Kostya Trachenko, Vadim Brazhkin și Matteo Baggioli, 27 mai 2021, SciPost Physics.
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

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.