Sneller dan een tornado, sneller dan de gigantische storm die op Jupiter wervelt - het is 's werelds snelst wervelende draaikolk, die wetenschappers hebben gemaakt in een oersoep van kleverige deeltjes die bedoeld zijn om de oerknal opnieuw te creëren.
De wervelende deeltjessoep roteert met een knappende snelheid - vele malen sneller dan de dichtstbijzijnde kanshebbers.
Verwacht echter niet dat deze snel draaiende vloeistof snel de aandacht zal trekken, aangezien de wervelingen voorkomen in een materiaal dat quark-gluonplasma wordt genoemd en dat zo klein is dat de handtekening van deze werveling alleen kan worden gedetecteerd door de deeltjes die het produceert.
'We kunnen niet naar het quark-gluon-plasma kijken; het is op de schaal van een atoomkern', zegt Michael Lisa, een natuurkundige aan de Ohio State University die werkt aan de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) -samenwerking, die de nieuwe resultaten.
Hete soep
Direct na de oerknal drong een hete oerstoofpot van elementaire deeltjes, quarks en gluonen genaamd, het babyuniversum binnen. Deze elementaire deeltjes zijn de bouwstenen van bekendere deeltjes zoals protonen en neutronen. Dit quark-gluon-plasma heeft verschillende unieke eigenschappen. Ten eerste, met een laaiende 7 biljoen tot 10 biljoen graden Fahrenheit (3,9 biljoen tot 5,6 biljoen graden Celsius), is het de heetste bekende vloeistof. Het is ook de dichtste vloeistof en "bijna perfect" omdat het bijna geen wrijving ervaart, wat betekent dat het heel gemakkelijk stroomt.
Om precies te begrijpen wat er op die momenten na de oerknal gebeurde, hebben wetenschappers deze oersoep met deeltjes opnieuw gemaakt in een atoomvernietiger in het RHIC, in het Brookhaven National Laboratory in Upton, New York. De RHIC slaat de atoomkernen met bijna de lichtsnelheid tegen elkaar en gebruikt vervolgens ultragevoelige detectoren om de deeltjes te meten die van de botsing af vliegen.
Wervelende vloeistof
In de nieuwe studie analyseerde het team de vorticiteit van het quark-gluon-plasma - in wezen een maat voor het impulsmoment of, in informele termen, hoe snel het draait.
Ze hadden natuurlijk een uniek obstakel: de RHIC kan maar een heel klein beetje materiaal produceren, en het leeft heel vluchtig, of ongeveer 10 min 23 seconden. Er is dus geen manier om deze vloeistof in traditionele zin daadwerkelijk te 'observeren'.
In plaats daarvan zoeken wetenschappers naar handtekeningen van de werveling, gebaseerd op de deeltjes die uit de soep komen, vertelde Lisa aan WordsSideKick.com. Gemiddeld moeten deeltjes in een draaiende vloeistof spins hebben die ruwweg overeenkomen met het impulsmoment van de vloeistof. Door te meten hoeveel de deeltjes die uit deze wervelende soep komen van het verwachte pad worden afgebogen, kon het team een ruwe schatting maken van de werveling van de vloeistof - die ruwweg de lokale draaiende beweging meet. In het bijzonder deeltjes die bekend staan als lambda-baryonen hebben de neiging langzamer te vervallen dan andere deeltjes, zoals protonen en neutronen, wat betekent dat de RHIC-detectoren hun paden gemakkelijker kunnen volgen voordat ze verdwijnen.
Het blijkt dat de werveling in het quark-gluon-plasma de wervelende beweging in een tornado lijkt op een rustige dag in het park. De werveling is de snelste ooit geregistreerd - veel sneller dan die van Jupiter's Great Red Spot, een wervelende gasstorm. Het is ook sneller dan de vorige recordhouder, een onderkoeld type helium nanodruppel, rapporteerden de onderzoekers op 2 augustus in het tijdschrift Nature.
Het begrijpen van de structuur van de vloeistofstroom in het plasma kan inzicht geven in de sterke kernkracht, die atomen aan elkaar bindt, aldus de onderzoekers. Verschillende concurrerende deeltjestheorieën maken voorspellingen over vorticiteit die uiteindelijk kunnen worden vergeleken met deze experimentele resultaten. Wetenschappers weten echter nog te weinig over de wervelende eigenschappen van het plasma om definitieve conclusies te trekken.
'Het is te vroeg om te zeggen of het ons iets fundamenteels leert', zei Lisa.
