Materie im megageil Teilchenkollisionen schmilzt

Durch die Schaffung einer Suppe von subatomaren Teilchen ähnlich wie Big Bang, haben Wissenschaftler die Temperatur-Begrenzung entdeckt, wo gewöhnlicher Materie auflöst.

Normale Atome werden in einen anderen Aggregatzustand umgewandelt – ein Plasma aus Quarks und Gluonen – bei einer Temperatur über 125.000 mal schärfer als das Zentrum der Sonne, Physiker sagte nach der Zerschlagung der Kerne von Goldatomen zusammen und die Messergebnisse.

Während dieser extremen Zustand der Materie weit von allem, die natürlicherweise auf der Erde vorkommt, denken Wissenschaftler, dass das ganze Universum eine ähnliche Suppe für wenige Mikrosekunden nach dem Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren bestand.

Physiker könnte es nur innerhalb der leistungsfähigen Atom Smashers wie der relativistischen Heavy Ion Collider (RHIC) am Brookhaven National Laboratory auf Long Island, neu erstellen verfügt über einen 2,4-Meile-langen (3,8 km)-Ring. Forscher die Kerne der Goldatome auf unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigt, dann stürzte sie in einander. Das Inferno in dieser Explosion erstellt war genug, kurz, Partikel Suppe entstehen.

Quark-Gluon-plasma

"Normaler Materie, wie wir, Kernmaterie sind, nennt man hadronischen Materie. Wenn Sie das System auf eine sehr hohe Temperatur begeistern, normaler Materie in eine andere Art von Materie namens Quark-Gluon-Plasma, verwandeln", sagte Physiker Nu Xu des U.S. Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Kalifornien.

Xu und seine Kollegen erstellt Quark-Gluon-Plasma durch Absturz zusammen gold Kerne im Inneren der Sterne Experiment (solenoidnyj Tracker am RHIC), die im Inneren des Ringes am RHIC Beschleuniger ist. [Hinter die Kulissen der gigantischen US-Atom Smasher]

Die Kerne von Goldatomen bestehen aus 79 Protonen und 118 Neutronen. Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks, masselos, Nachfüllfreie Teilchen genannt Gluonen zusammengehalten. (Protonen enthalten zwei "bis" Quarks und ein "unten", während Neutronen haben zwei "down" Quarks und ein "Up".)

Wenn zwei dieser gold Kerne frontal ineinander zugeschlagen, eingeschmolzen sie in ihre Bestandteile einer inkohärenten Schwarm von Quarks und Gluonen. Die Forscher fanden heraus, dass dies geschah, wenn die Teilchen eine Energie von 175 Millionen Elektronenvolt (MeV) erreicht.

Dies entspricht etwa 3,7 Billionen Grad Fahrenheit (2 Billionen Grad Celsius), die etwa 125.000 mal schärfer als das Zentrum der Sonne ist.

"Wenn Sie das System auf diese Temperatur erwärmen können, Hadron in Quarks und Gluonen geschmolzen sein wird," sagte Xu LiveScience.

Ein neuer Durchbruch

Dies war nicht das erste Mal Physiker Quark-Gluon-Plasma geschaffen hatte. 2005 kam der erste Hinweise, dass RHIC, den extremen Zustand der Materie produziert hatte, und feste Beweise dafür, dass es erreicht hatte wurde im Jahr 2010 angekündigt. [Die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Aber bis jetzt Wissenschaftler hatte noch nie in der Lage, genau die Temperatur messen, an dem die Kerne in das Quark-Gluon-Plasma-Zustand übergegangen.

Die Entdeckung ermöglicht Forschungen vergleichen schwere Messungen mit Vorhersagen aus einer Theorie genannt Quantenchromodynamik (QCD), die beschreibt, wie Materie grundlegend zusammengesetzt ist, einschließlich wie Quarks zusammenbauen zu bilden Protonen und Neutronen. Ein Framework namens Gitter Lehre Theorie unterliegen die Interaktionen im Quark-Gluon-Plasma.

"Dies ist das erste Mal wir vergleichen die experimentell gemessenen Mengen mit der QCD Gitter Berechnungen messen", sagte Xu, der Sprecher für das STAR-Experiment ist. "Es ist der Beginn der Ära von Präzisionsmessungen in energiereiche atomare Kollisionen. "Es ist sehr spannend."

Xu und seine Kollegen, unter der Leitung von Sourendu Gupta von Indiens Tata Institute der Grundlagenforschung, veröffentlichten ihre Ergebnisse in der 24 Juni-Ausgabe der Zeitschrift Science.

Suppenartige Kessel

Durch die Schaffung der suppenartige Kessel von Quarks und Gluonen, Forscher hoffen zu lernen, nicht nur um wie Angelegenheit ist zusammen, aber wie unsere gesamte Universum begann.

Laut the Big Bang Theory begann das Universum extrem heißen und dichten, dann abgekühlt und erweitert. Ein paar Mikrosekunden nach dem Urknall Wissenschaftler denken, galt noch heiß genug, dass es in ein Quark-Gluon-Plasma-Zustand existiert; Es war erst nach den Quarks genug abgekühlt, dass sie zusammen mit Gluonen binden und bilden die Protonen und Neutronen, aus denen sich die Materie, die wir heute sehen könnte.

Durch Studien wie die am RHIC sowie am größten Teilchenbeschleuniger der Welt, CERNs Large Hadron Collider in der Nähe von Genf, Schweiz, hoffen Forscher schaffen mehr dieser extreme Angelegenheit untersuchen gerade, wie das passiert ist.

"Mit vielen weitere Ergebnisse aus den RHIC Experimenten in naher Zukunft weitere erwartet, dass Einblicke in die Details des Übergangs von gewöhnlicher Materie, Quark Angelegenheit in Reichweite sind", schrieb Physiker Berndt Müller von der Duke University in einem Essay in der gleichen Ausgabe von Science veröffentlicht. Müller war nicht in der neuen Studie beteiligt.

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Anmerkung des Herausgebers: diese Geschichte wurde aktualisiert, um die Tatsache, dass die Übergangstemperatur 125.000, nicht 250.000 Mal heißer als das Zentrum der Sonne ist zu korrigieren.