Fisikawan menciptakan tiga bentuk gumpalan plasma quark-gluon yang berbeda menggunakan Relativistic Heavy Ion Collider di Brookhaven National Laboratory. Plasma ini adalah jenis materi eksotis yang memenuhi alam semesta dalam milidetik pertama setelah Big Bang.
(Gambar: © Javier Orjuela Koop)
Untuk sepersekian detik pertama setelah Big Bang, alam semesta hanyalah "sup" quark dan gluon yang sangat panas - partikel subatomik yang akan menjadi blok bangunan proton dan neutron. Sekarang, 13,8 miliar tahun kemudian, para ilmuwan telah menciptakan kembali sup purba ini di laboratorium.
Menggunakan Relativistic Heavy Ion Collider di Brookhaven National Laboratory di Upton, New York, fisikawan menghasilkan tetes kecil plasma quark-gluon ini dengan menghancurkan kombinasi proton dan neutron yang berbeda. Selama tabrakan ini, quark dan gluon yang membentuk proton dan neutron terbebas dan berperilaku sebagai cairan, para peneliti menemukan.
Bergantung pada kombinasi partikel mana yang dihancurkan para peneliti bersama-sama, gumpalan kecil plasma yang seperti cairan membentuk satu dari tiga bentuk geometris yang berbeda: lingkaran, elips atau segitiga. [Gambar: Mengintip Kembali ke Big Bang & Early Universe]
"Hasil percobaan kami telah membawa kami lebih dekat untuk menjawab pertanyaan tentang berapa jumlah terkecil dari materi alam semesta awal yang bisa ada," Jamie Nagle, seorang ahli fisika di University of Colorado Boulder yang berpartisipasi dalam penelitian ini, mengatakan dalam sebuah pernyataan.
Plasma quark-gluon pertama kali diciptakan di Brookhaven pada tahun 2000, ketika para peneliti menghancurkan bersama-sama inti atom emas. Kemudian, para ilmuwan di Large Hadron Collider di Jenewa menentang harapan ketika mereka menciptakan plasma dengan menghancurkan dua proton bersamaan. "Itu mengejutkan karena sebagian besar ilmuwan berasumsi bahwa satu-satunya proton tidak dapat memberikan energi yang cukup untuk membuat apa pun yang dapat mengalir seperti cairan," kata pejabat UC Boulder dalam pernyataan itu.
Nagle dan rekan-rekannya memutuskan untuk menguji sifat cairan dari keadaan materi eksotis ini dengan menciptakan gumpalan kecil darinya. Jika plasma benar-benar berperilaku seperti cairan, gumpalan kecil harus mampu menahan bentuknya, para peneliti memperkirakan.
"Bayangkan kamu memiliki dua tetesan yang mengembang ke ruang hampa," kata Nagle. "Jika dua tetesan itu benar-benar berdekatan, maka ketika mereka berkembang, mereka bertemu satu sama lain dan mendorong satu sama lain, dan itulah yang menciptakan pola ini."
"Dengan kata lain, jika Anda melemparkan dua batu ke dalam kolam yang berdekatan, riak dari dampak itu akan saling mengalir, membentuk pola yang menyerupai elips," kata pejabat UC Boulder. "Hal yang sama bisa benar jika Anda menghancurkan pasangan proton-neutron, yang disebut deuteron, menjadi sesuatu yang lebih besar ... Demikian juga, trio proton-proton-neutron, juga dikenal sebagai atom helium-3, mungkin berkembang menjadi sesuatu yang mirip ke segitiga. "
Dengan menyatukan kombinasi proton dan neutron yang berbeda ini menjadi atom emas dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, para peneliti dapat melakukan apa yang mereka harapkan: membuat gumpalan eliptik dan segitiga plasma quark-gluon plasma. Ketika para ilmuwan menghancurkan satu proton ke dalam atom emas, hasilnya adalah gumpalan melingkar dari sup purba.
Tetesan plasma quark-gluon yang berumur pendek ini mencapai suhu triliunan derajat Celcius. Para peneliti berpikir bahwa mempelajari jenis materi ini "dapat membantu para ahli teori lebih memahami bagaimana plasma quark-gluon asli alam semesta mendingin selama milidetik, melahirkan atom pertama yang ada," kata pejabat UC Boulder.
Hasil penelitian ini dipublikasikan pada 10 Desember di jurnal Nature Physics.
