Pozoruhodnější vlastnosti, než se čekalo

Vědci na urychlovači relativistických jader RHIC v Brookhavenské národní laboratoři v USA vytvořili nový stav hmoty. Na experimentu se podílela i skupina českých vědců. Výsledky vyvolaly v odborných kruzích doslova senzaci.Vědci na urychlovači relativistických jader RHIC v Brookhavenské národní laboratoři v USA vytvořili nový stav hmoty. Na experimentu se podílela i skupina českých vědců. Výsledky vyvolaly v odborných kruzích doslova senzaci.

Čtyři experimentální skupiny (BRAHMS, PHOENIX, PHOBOS a STAR) provádějící výzkum na urychlovači relativistických jader RHIC v Brookhavenské národní laboratoři ve státě New York v USA oznámily na zasedání Americké fyzikální společnosti v Tampě na Floridě, že se jim podařilo v laboratorních podmínkách vytvořit nový stav horké a husté hmoty. 

Jako po velkém třesku
Tento stav hmoty, který existoval ve vesmíru jen několik mikrosekund po velkém třesku, je, jak se již delší dobu předpokládalo, tvořen kvarky a gluony, tedy částicemi, které jsou za normálních podmínek hluboce uvězněny uvnitř protonů a neutronů tvořících atomová jádra. Taková forma hmoty je pravděpodobně jediným konzistentním byť nepřímým vysvětlením předešlých experimentů s jádry, které proběhly při více než desetkrát nižších energiích v Evropské laboratoři částicové a jaderné fyziky CERN ve Švýcarsku. 
Nebyly to však jen předpovědi fyziků z pozemských laboratoří, ale o stejné kvark-gluonové hmotě hovoří i astrofyzici, kteří na základě výsledků pozorování rentgenové družice Chandra ohlásili objev „podivné“ kvarkové hvězdy.
Podle výsledků experimentu na urychlovači RHIC byla nyní pomocí mnoha nezávislých měření existence takového nového stavu hmoty skutečně prokázána. Zároveň se ukázalo, jak moc se pozorované vlastnosti horké a husté hmoty liší od všech doposud existujících teoretických předpovědí.
„Opravdově úžasný objev, že nové skupenství vytvořené při střetech zlatých iontů je více kapalinou než plynem nám dává možnost hluboce nahlédnout do nejranějších okamžiků existence vesmíru,” řekl Dr. Raymond L. Orbach, ředitel federálního vědeckého úřadu DOE,  „Může to mít hluboký dopad na fyziku ve 21. století.
Kde se vzala nová hmota?
Nejprve však asi neuškodí trocha teorie o stavbě hmoty. Všechno kolem nás, se skládá z atomů. Ty se zas skládají z velmi malého a hmotného jádra a elektronového obalu kolem něj. Nahlédneme-li ještě hlouběji, zjistíme, že v atomovém jádru se ukrývají kladně nabité protony a neutrální neutrony, ale ani to ještě není konec, protože uvnitř těchto částeček hmoty existují ještě menší, kvarky a gluony. Za normálních okolností ale tyto částice nemohou existovat samostatně, poutají je  k sobě neuvěřitelně silné vazby. Ty mohou povolit jen při obrovském tlaku zvenčí. Kvarky a gluony se tak na skutečně nepatrný okamžik „osvobodí“ a vznikne zmiňovaná nová forma hmoty, kvark-gluonové plazma.   

Téměř rychlostí světla
A jak se taková nová hmota vyrábí? Při experimentu vháněli vědci obrovskou rychlostí do tunelu urychlovače jádra zlata. Aby dosáhli kýženého výsledku, vháněli je proti sobě navzájem a navíc je ještě urychlovali. Taková urychlená jádra proletí tunelem 80 000krát za sekundu a nelze se pak divit, že se v té  rychlosti, dosahující 99, 995 procenta rychlosti světla, srazí. A na to právě vědci čekají. Místo kde se jádra srážejí je totiž uvnitř velkého magnetu obklopeno soustavou citlivých detektorů, které dovedou po srážce vyletující částice rozpoznat a rekonstruovat dráhu jejich letu. Podle jejich rychlosti a směru se pak dá vypočítat o jaké částice se jedná.
 
Miniaturní černá díra
Při takové srážce jader dojde k jejich prudkému stlačení a zahřátí, přičemž se protony a neutrony tvořící jadernou hmotu doslova rozpustí a vznikne nové skupenství, plazma z kvarků a gluonů, a nová hmota je na světě.
Podle jednoho z českých účastníků experimentu, Michala Šumbery z  Ústavu jaderné fyziky AV ČR, není kulička nové hmoty o mnoho větší než jádro atomu, ale je více než padesátkrát hustší. Uvnitř je temně neprůzračná. Extrémní síly mezi kvarky a gluony tvořícími plazmu totiž brání úniku částic z jejího středu. Vzniklý objekt tak uvnitř připomíná miniaturní černou díru.

Překvapivá ideální kapalina
V textech shrnujících výsledky prvních pěti let studia extrémních stavů jaderné hmoty na urychlovači RHIC vědci s překvapením konstatují, že nový stav hmoty se spíše než plynu volných kvarků a gluonů, jak bylo teoreticky předpovězeno, podobá ideální kapalině. Podrobná analýza experimentálních dat jim totiž umožnila dojít k závěru, že částice vzniklé na samém počátku srážky dvou relativistických jader projevují velký sklon k doslova kolektivnímu pohybu, který je charakteristickou vlastností kapalin. Avšak na rozdíl od obyčejných kapalin, kde se jednotlivé částice (molekuly) pohybují do značné míry chaoticky, vykazuje nový stav hmoty vysoký stupeň organizovanosti, připomínající tak trochu pohyb rybího potěru. To je poněkud překvapující, uvědomíme-li si, že nový stav hmoty, který je vlastně nejideálnější známou kapalinou, teče prakticky bez tření při teplotách stotisíckrát větších, než je teplota ve středu Slunce. 
„Nalezení téměř dokonalé kapaliny v laboratorním pokusu, který obnovuje podmínky existující  několik mikrosekund poté co se zrodil vesmír, je opravdu udivující,“ prohlásil Praveen Chaudhari, ředitel Brookhavenské laboratoře. „Čtyři týmy nyní sbírají a analyzují velké množství nové získaných údajů. V blízké budoucnosti proto očekávám v této souvislosti další překvapující a vzrušující odhalení.”

České želízko v ohni
Jednoho se čtyř experimentů na urychlovači RHIC se zúčastnila i skupina osmi vědců a doktorandů z Ústavu jaderné fyziky a Fyzikálního ústavu AV ČR a spolu s nimi i dva další mladí vědci z ČR, kteří jsou na postdoktorandské stáži na Yealské univerzitě. Skupina se „usídlila“ v jedné ze čtyř laboratoří (STAR), umístěných po obvodu tunelu, a jejím úkolem byla analýza kolektivního pohybu částic, „zrozených“ v pozdějším stádiu jaderné srážky. Cílem jejich práce bylo zjistit, zda a jak se počáteční pohyb horké a husté kvark-gluonové hmoty projevuje na vlastnostech chladnější hadronové hmoty, v níž jsou kvarky a gluony opět uvězněny do protonů a neutronů.

Americký urychlovač RHIC
V roce 2001 začal v americké laboratoři v Brookhavenu pracovat nový urychlovač těžkých jader RHIC, který sice urychluje jádra přibližně na stejnou energii jako urychlovač SPS ve švýcarském CERN, ale přesto se při srážce dosahuje daleko vyšší energie. V případě SPS totiž dopadají urychlená jádra na nehybný terč. Urychlovač RHIC naopak dokáže svazek urychlených jader rozdělil do dvou částí pohybujících se proti sobě ve dvou prstencích. Tyto prstence se v několika místech protínají a v nich dochází ke srážkám urychlených jader. Energie srážky je tak v případě urychlovače RHIC více než dvacetkrát větší. Ve čtyřech místech křížení jsou postaveny dvě větší (STAR a PHOENIX) a dvě menší (BRAHMS a PHOBOS) experimentální zařízení, která studují pomocí složitých systémů mnoha detektorů různé vlastnosti relativistických srážek těžkých jader a hmoty, která při nich vzniká.

Kvarky – částice, ze kterých jsou tvořeny těžké částice s vnitřní strukturou (hadrony). Hadrony dělíme na baryony složené ze tří kvarků (například protony a neutrony) a na mezony tvořené kvarkem a antikvarkem (například piony). Kvarky se dělí do tří generací, první tvoří kvarky down a up, druhou kvarky strange a charm a třetí kvarky beauty a truth. 

Gluony – intermediální částice silné interakce. Působí jen na hadrony. Jde o sílu, která spojuje kvarky v mezony a baryony. Sílu, která udržuje pohromadě neutrony a protony v atomovém jádře a sílu, způsobující některé rychlé rozpady elementárních částic. Silná interakce má krátký dosah srovnatelný s rozměry atomového jádra. 

Kvark-gluonové plazma (QGP) – podaří-li se nám “dostat” kvarky na vzdálenosti menší než 10−15 m, začnou se kvarky a gluony chovat jako volné (nevázané) částice. Tím vznikne zcela zvláštní stav hmoty nazývaný kvark-gluonové plazma.

Rubriky:  Objevy
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Nová metoda odhalí, jak mohou přežívat rostliny v nepříznivých podmínkách

Nová metoda odhalí, jak mohou...

Olomouckým vědcům se podařilo vyvinout metodu, která umožní z malého vzorku kořene...
Archeologové objevili vrak z dob antiky na dně Černého moře

Archeologové objevili vrak z dob...

Mezinárodnímu týmu archeologů se podařilo najít na dně Černého moře...
Objevení dosud neznámého rostlinného druhu

Objevení dosud neznámého...

Českým biologům z Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého (UP)...
Meteorit sloužil jako zarážka dveří!

Meteorit sloužil jako zarážka...

Po 80 let se na farmě v Edmore v Michiganu používal desetikilový kámen...
Co se podařilo objevit Čechům pod ledem v Antarktidě?

Co se podařilo objevit Čechům pod...

Na Zemi je potvrzeno přes 170 impaktních kráterů různých velikostí a stáří...
Čeští vědci udávají světu směr v mikroskopickém zkoumání rostlin

Čeští vědci udávají světu směr v...

Vědci z olomouckého Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH)...
Žrout plastového odpadu byl objeven podobně jako penicilin – náhodou

Žrout plastového odpadu byl...

To, že je plastový odpad hanbou naší civilizace, která se spojila...
Zatočí vědci nadobro s klíšťovou encefalitidou?

Zatočí vědci nadobro s klíšťovou...

Česko patří mezi země s největším výskytem klíšťové encefalitidy. Vědci...
Formule E a revoluční technologie se objevily v Praze

Formule E a revoluční...

Od čtvrtka do dnešního dne probíhá již druhý ročník Future Port Prague...
Technologie budou už zítra hýbat Kulaťákem

Technologie budou už zítra hýbat...

Více než 70 vystavovatelů se představí na šestém ročníku Festivalu vědy, který...

Nenechte si ujít další zajímavé články

DS 7 Crossback: V čem je unikátní?

DS 7 Crossback: V čem je unikátní?

Budoucnost se zdá být božská. Novým ambsadorem celé...
Krimi z Anglie: Lidská hyena bere střechy nad hlavou

Krimi z Anglie: Lidská hyena bere...

Píše se květen roku 2017 a soudní síň Nejvyššího soudu v Glasgow...
Dohodil Václavovi II. správce země jeho tchán?

Dohodil Václavovi II. správce...

Arnold z Bamberku ví, jaké jsou poměry na českém královském dvoře. Nic si nedělá...
První pramyš žila před 20 miliony lety

První pramyš žila před 20...

Českým vědcům z Ústavu biologie obratlovců AV ČR se ve spolupráci...
Duchové v mobilní aplikaci? V Kolumbii je neberou na lehkou váhu

Duchové v mobilní aplikaci? V...

Kde všude se mohou ukrývat duchové? Podle některých lidí se neposedné...
Dívka jménem Genie: Otec ji věznil v drátěné kleci

Dívka jménem Genie: Otec ji věznil...

Když bylo Genie (*1957) 20 měsíců, otec Clark Wiley ji zavřel v...
Vražedné karaoke: Zpívání a mučení v jednom!

Vražedné karaoke: Zpívání a...

Stačí vydržet pár minut nepřetržitě zpívat a 10 000 dolarů máte doslova v kapse....
Naletěli čeští osadníci z Banátu mazanému obchodníkovi?

Naletěli čeští osadníci z Banátu...

„Hloupě jsme naletěli. Měli jsme zůstat doma,“ vyčítá unavená žena...
Záhadná ʻOumuamua? Pravděpodobně jen malá a lesklá kometa

Záhadná ʻOumuamua? Pravděpodobně...

Kolem objektu s havajským jménem 1I/ʻOumuamua se vyrojilo tolik hypotéz, až z toho...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.