A világ egyik legizgalmasabb fizikai kutatóberendezése, a Relativisztikus Nehézion-ütköztető az amerikai egyesült államokbeli Uptonban (New York állam) működik a Brookhaven nemzeti laboratórium területén. A PHENIX kísérletben dolgozók a berendezés segítségével kémiai elemek ionjait relativisztikus sebességgel – fénysebességhez közelítő sebességről van szó – ütköztetve elsősorban azt próbálják rekonstruálni, hogy mi történt az anyaggal az ősrobbanás utáni első töredék másodpercben.
A PHENIX legújabb kísérletében aranyatommagok három különféle lövedékkel (protonnal, deuteronnal, illetve hélium–3 maggal) való ütközését vizsgálták. A kapott eredményeket különleges plazma keletkezésével lehetett a legjobban magyarázni.
A fizikusok azért tanulmányozzák ezt a kvarkokból és gluonokból (a protonok és a neutronok, azaz a nukleonrészecskék építőkövei-ből) álló őslevest, hogy többet tudjanak arról az alapvető kölcsönhatásról, amely a világunkat felépítő látható anyagot alkotó részecskéket összetartja.
Az RHIC az egyetlen gyorsító, ahol ugyanakkora energiával lehet arany-atommaggal ütköztetni protont, deuteront, illetve hélium–3 magot. A kísérletben az Eötvös Loránd Tudományegyetem, az Eszterházy Károly Egyetem és az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Csanád Máté által vezetett PHENIX Magyarország-csoportja dolgozik. Önálló résztvevőként a Debrecen Egyetem is részese a munkának.
De miért éppen aranyatommagokat bombáznak? Azért – tájékoztat Csanád Máté fizikus –, mert ezek kellően nehéz atommagok, sok bennük a proton és a neutron, így elég nagy térfogatban elég nagy energiasűrűséggel jöhet létre a vizsgált jelenség. Különösen fontos ez, amikor arany-arany ütközéseket vizsgálnak, ugyanis ilyenkor a legnagyobb energiájú részecskék elnyelődését nézik, amihez minél nagyobb méretre van szükség.
A PHENIX kísérleti berendezés és egy atommagütközés képe
Fotó: BNL
Fontos még két további szempont: a vizsgált mag lehetőleg gömb alakú legyen (az arany és az ólom ilyen, de például az urán nem), illetve hogy technológiai-lag könnyű legyen belőle gyorsítható atomokat, majd ionokat létrehozni.
Laikusok számára nehezen elképzelhető a világegyetemet az első milliomod másodpercben kitöltő ősleves, ezért joggal vetődik fel, hogy mit tudnak erről a kvarkfolyadékról a fizikusok. Csanád Máté szerint 2005 óta ismert, hogy a közeg, ahol a nukleonok megolvadnak, folyadék. Nem sokkal később kiderült az is, hogy „szuperfolyékony”, azaz belső súrlódása lényegé-ben elhanyagolható – hasonlóan az ultrahideg folyékony héliumhoz.
Az utóbbi években egyfajta átlagos hőmérsékletét is sikerült megmérni: a Nap központi hőmérsékleténél milliószor forróbb, terakelvines tartományt kaptak. Azt is tudjuk, hogy a hagyományos anyaggá történő átalakulása folytonos, nem történik olyan jellegű fázisátmenet, mint a víz megfagyásakor vagy a gőz kicsapódásakor.
Mi történt a kvarkfolyadékkal az első másodperc után? Erre az a válasz, hogy a tágulás nyomán hűlt (ahogy a dezodor is lehűl, ahogy fújunk belőle, vagy a kinyitott szénsavas üdítős üveg is kicsit hűvösebb lesz), és ahogy hűlt, „kifagytak” belőle a hagyományosabb részecskék, a kvarkokból és gluonokból álló hadronok.
Ez a hadrongáz tágult aztán tovább, amelyben azonban a hadronok gyakran alakultak át egymásba. Egy idő után az egyes hadronok gyakorisága rögzült, de addigra már az első atommagok is elkezdtek létrejönni.
Sok még a megválaszolásra váró kérdés a világegyetem keletkezésével kapcsolatban, de az ősleves modellezése a fizikusok szerint közelebb vihet a megoldáshoz.
