A "kis" ősrobbanás meglepte a fizikusokat

Tudósok olyan hatalmas hőt alkottak, amilyet a világegyetem születésének első pillanata óta nem látott a világ, olyan bizonyítékokat találva, melyek arra engednek következtetni, hogy az ősrobbanás nem igazán úgy fejtette ki erejét, ahogy azt várták. Az energia, az anyag és az erős nukleáris erő kölcsönhatását úgy vélték jól ismerik, ám a hosszas vizsgálatok kiderítették, hogy a fizikusok kihagytak valamit az univerzum működéről alkotott modelljeikből.

"A forró, sűrű közegen belüli kölcsönhatások alaptermészete, vagy legalábbis annak testet öltése a nézőponttól függően változik" - mondta Steven Manly, a Rochester Egyetem csillagász és fizikus professzora. "Nem tudjuk miért. Egy kirakós játék újabb darabjait kaptuk kézbe, most azon igyekszünk, hogy kiderítsük, hogyan illik össze ez az új kép."

A brookhaven-i Nehézion Ütköztetőben (RHIC) a kutatók az atomok összekötésében segítő erős nukleáris energia természetét akarták megvizsgálni. Két arany atomot ütköztettek egymásnak közel a fény sebességével, hogy létrehozzanak egy úgy nevezett "kvark-gluon plazmát", egy rendkívül rövid ideig tartó állapotot, ahol a hőmérséklet több tízezerszerese a legforróbb csillagok magvában tapasztalható hőnek. A részecskék ebben a forró plazmában kifelé áramlanak, de nem anélkül, hogy ne ütköznének a plazma más részecskéivel. Ez kissé hasonlít ahhoz, amikor az ember ki akar törni egy zsúfolt szobából, ami annál nehezebb, minél több ember van bent. A részecskék közötti kölcsönhatások erejét a nukleáris erő határozza meg, így a kitóduló részecskék gondos megfigyelésével kideríthető hogyan viselkedik ez az erő ilyen magas hőfokon.

Hogy leegyszerűsítsék megfigyeléseiket, a kutatók a kör alakú aranyatomokat úgy ütköztették, hogy azok ne teljesen frontálisan találkozzanak, így a becsapódási tartomány nem kör alakú lett, sokkal inkább egy amerikai fociban használatos labdára emlékeztetett. Ez arra késztette azokat a részecskéket melyek a "labda" csúcsai felé áramlottak, hogy nagyobb mennyiségű forró plazmán haladjanak át, mint azok, melyek a széleken távoztak. A csúcson és az oldalakon kiszökő részecskék számának különbsége fényt deríthet a forró anyag és talán az erő természetére is.

És ekkor jött a meglepetés. Pontosan ott, ahol az atomok összeütköztek a részecskéknek valóban tovább tartott a kiáramlás a csúcsok felé, ám az ütközés pontjától távolabb a különbség elillant és ez ellentmond a kincsként őrzött Lorentz-invariánsként ismert elméletnek.

"Amikor először tártuk a hallgatóság elé Stony Brookban, egyszerűen nem hitték el" - mondta Manly. "Azt mondták, ez lehetetlen. Megsértjük a Lorentz-invariánst. Mi azonban több mint egy éven át ellenőriztük az eredményeinket és nem tudunk mást mondani."

Eltekintve attól, hogy kiderült, a tudósoknak hiányzik egy darab a fizikai kirakójátékból, a felfedezés azt is jelenti, hogy ezen ütközések teljes megértése sokkal bonyolultabb, mint várták, jelentette ki Manly és munkatársai. Nem lehet kizárólag az atomok ütközésének pontját mérni, mostantól a plazma teljes hosszát figyelembe kell venni, ami a kétdimenziós problémát háromdimenzióssá változtatta, vagy ahogy Manly mondta, "drámaian megnövelte a számítás összetettségét azoknak a modelleknek, melyeket a kutatók megpróbálnak örökül hagyni".

Az ilyen ütközések modellezése és megértése azért nagyon fontos, mert a plazma hűlésének módja fényt deríthet arra a mechanizmusra, ami az anyag fő tömegét adja. A tömeg eredete már évtizedek óta a fizika egyik legnagyobb rejtélye.