Dengan menghancurkan partikel bersama-sama, fisikawan mungkin telah menciptakan tetesan cairan terkecil di alam semesta - sebutir sup sup purba berukuran purba.
Sup partikel ini adalah plasma quark-gluon, cairan yang mengisi kosmos selama mikrodetik pertama setelah Big Bang. Ini pada triliunan derajat, dan dengan hampir tidak ada gesekan, itu berputar di sekitar dengan kecepatan cahaya.
"Ini cairan paling ekstrem yang kita ketahui," kata Jacquelyn Noronha-Hostler, seorang ahli fisika teoretis di Universitas Rutgers di New Jersey.
Fisikawan telah bertabrakan partikel untuk membuat sup purba ini sebelumnya, dan beberapa percobaan telah menyarankan bahwa tabrakan tertentu menghasilkan tetesan sekecil proton. Dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan 10 Desember dalam jurnal Nature Physics, fisikawan dari Pionering High Energy Nuclear Interaction Experiment (PHENIX) melaporkan apa yang mungkin menjadi bukti paling meyakinkan namun tetesan seperti itu bisa sangat kecil.
"Ini benar-benar membuat kita memikirkan kembali pemahaman kita tentang interaksi dan kondisi aliran tetesan semacam ini," kata Jamie Nagle, seorang ahli fisika di University of Colorado Boulder yang menganalisis data dalam percobaan terbaru. Hasilnya dapat membantu fisikawan lebih memahami plasma quark-gluon dari alam semesta awal dan sifat cairan.
"Itu berarti kita harus menulis ulang pengetahuan kita tentang apa artinya menjadi cairan," Noronha-Hostler, yang bukan bagian dari eksperimen baru, mengatakan kepada Live Science.
Percobaan dilakukan di Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) di Brookhaven National Laboratory di New York, di mana fisikawan menciptakan plasma quark-gluon pertama pada tahun 2005 dengan membanting inti atom bersamaan. Kuark adalah partikel fundamental yang membentuk proton dan neutron, yang pada gilirannya membentuk inti atom. Gluon adalah partikel pengangkut gaya yang menyatukan quark dalam proton atau neutron melalui gaya kuat, salah satu kekuatan fundamental alam.
Fisikawan sebelumnya mengasumsikan tetesan plasma quark-gluon harus relatif besar, kata Noronha-Hostler. Agar tetesan mengalir seperti cairan, pikir itu melanjutkan, objek itu harus jauh lebih besar dari partikel penyusunnya. Setetes air, misalnya, jauh lebih besar daripada molekul airnya sendiri. Di sisi lain, sekelompok kecil, katakanlah, tiga atau empat molekul air individu tidak akan berperilaku seperti cairan, pikir para peneliti.
Jadi, untuk membuat tetesan plasma quark-gluon sebesar mungkin, fisikawan di RHIC menghantam inti atom besar seperti emas, yang menghasilkan tetesan dengan ukuran yang sama - sekitar 10 kali lebih besar dari proton. Tetapi fisikawan menemukan bahwa ketika mereka bertabrakan dengan partikel yang lebih kecil, mereka secara tak terduga mendeteksi petunjuk tetesan cairan seukuran proton - misalnya, dalam tabrakan antara proton yang dilakukan di Large Hadron Collider dekat Jenewa.
Untuk mengetahui apakah tetesan kecil ini benar-benar ada, fisikawan yang menjalankan detektor PHENIX di RHIC melepaskan proton; inti deuteron, yang masing-masing mengandung proton dan neutron; dan inti helium-3 pada inti emas. Jika tabrakan ini membentuk tetesan cairan plasma quark-gluon, para ilmuwan beralasan, tetesan akan memiliki bentuk yang berbeda tergantung pada apa yang dipukul inti emas. Memukul proton akan membuat tetesan bundar; deuteron akan menghasilkan tetesan elips, dan helium-3 akan membuat tetesan segitiga.
Tetesan seperti itu hanya akan hidup selama 100 miliar milyar detik sebelum panas yang hebat akan menyebabkan tetesan mengembang dengan sangat cepat sehingga meledak dalam kesibukan partikel lain.
Dengan mengukur puing-puing partikel ini, para peneliti merekonstruksi tetesan aslinya. Mereka mencari bentuk elips dan segitiga di masing-masing dari tiga jenis tabrakan, membuat enam pengukuran total. Percobaan memakan waktu beberapa tahun, dan pada akhirnya, para peneliti mendeteksi bentuk tanda, menunjukkan bahwa tabrakan itu menciptakan tetesan ukuran proton.
"Dengan set lengkap enam pengukuran, sulit untuk ada penjelasan yang berbeda kecuali untuk gambar tetesan," kata Nagle kepada Live Science.
Sementara hasilnya meyakinkan, Noronha-Hostler mengatakan dia belum sepenuhnya yakin. Para peneliti masih membutuhkan pengukuran jet yang lebih baik yang meletus dari tabrakan partikel. Jika tetesan kecil cairan terbentuk, dampak antara inti emas dan proton, deuteron, atau heilum-3 seharusnya menghasilkan partikel berkecepatan tinggi yang membentuk jet, yang kemudian akan meledak melalui tetesan quark-gluon yang baru dibuat. Saat jet melesat melewati fluida, itu akan kehilangan energi dan melambat, seperti peluru yang melintas di air.
Namun sejauh ini, pengukuran menunjukkan bahwa jet tidak kehilangan energi sebanyak yang diperkirakan. Eksperimen di masa depan, seperti versi upgrade dari PHENIX yang dijadwalkan diluncurkan pada 2023, harus membantu fisikawan lebih memahami apa yang terjadi - dan menentukan dengan pasti apakah tetesan sekecil itu dapat eksis, kata Noronha-Hostler.
