October 19, 2021
“Cairan Sempurna” Membawa Kita Lebih Dekat untuk Memahami Bagaimana Alam Semesta Kita Dimulai

“Cairan Sempurna” Membawa Kita Lebih Dekat untuk Memahami Bagaimana Alam Semesta Kita Dimulai

Cara Menangkap Gelombang Sempurna: Ilmuwan Melihat Lebih Dekat Di Dalam Cairan Sempurna

Penelitian Berkeley Lab membawa kita lebih dekat untuk memahami bagaimana alam semesta kita dimulai.

Para ilmuwan telah melaporkan petunjuk baru untuk memecahkan teka-teki kosmik: Bagaimana quark-gluon plasma – cairan alam yang sempurna – berevolusi menjadi materi.

Beberapa sepersejuta detik setelah Dentuman Besar, alam semesta awal mengambil keadaan baru yang aneh: sup subatomik yang disebut plasma quark-gluon.

Dan hanya 15 tahun yang lalu, tim internasional termasuk peneliti dari kelompok Relativistic Nuclear Collisions (RNC) di Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) menemukan bahwa plasma quark-gluon ini adalah cairan sempurna – di mana quark dan gluon, blok bangunan proton dan neutron, begitu kuat digabungkan sehingga mereka mengalir hampir bebas gesekan.

Gelombang Mach Supersonik

Lihat klip video selang waktu yang menunjukkan gelombang Mach supersonik saat berevolusi dalam plasma quark-gluon yang meluas. Simulasi komputer memberikan wawasan baru tentang bagaimana materi terbentuk selama kelahiran alam semesta awal. Kredit: Berkeley Lab

Para ilmuwan mendalilkan bahwa semburan partikel yang sangat energik terbang melalui plasma quark-gluon – tetesan seukuran atomnukleus – dengan kecepatan lebih cepat dari kecepatan suara, dan seperti jet yang terbang cepat, memancarkan ledakan supersonik yang disebut gelombang Mach. Untuk mempelajari sifat partikel jet ini, pada tahun 2014 sebuah tim yang dipimpin oleh ilmuwan Berkeley Lab memelopori teknik pencitraan sinar-X atom yang disebut tomografi jet. Hasil dari studi mani tersebut mengungkapkan bahwa pancaran ini menyebar dan kehilangan energi saat merambat melalui plasma quark-gluon.

Tapi di mana perjalanan partikel jet dimulai dalam plasma quark-gluon? Sinyal gelombang Mach yang lebih kecil yang disebut difusi bangun, prediksi para ilmuwan, akan memberi tahu Anda ke mana harus mencari. Tetapi sementara kehilangan energi mudah diamati, gelombang Mach dan gelombang difusi yang menyertainya tetap sulit dipahami.


Video 2010 ini menjelaskan tumbukan partikel berat di Penabur Ion Berat Relativistik Laboratorium Nasional Brookhaven. Pada tahun 2005, fisikawan RHIC mengumumkan bahwa materi yang tercipta dalam tumbukan akselerator yang paling energetik berperilaku seperti cairan yang hampir sempurna. Sifat-sifat cairan ini, plasma quark-gluon, membantu kita memahami sifat-sifat materi di alam semesta awal. Kredit: Laboratorium Nasional Brookhaven

Sekarang, dalam sebuah penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Surat Tinjauan Fisik, para ilmuwan Berkeley Lab melaporkan hasil baru dari simulasi model yang menunjukkan bahwa teknik lain yang mereka temukan yang disebut 2D jet tomography dapat membantu peneliti menemukan sinyal hantu difusi bangun.

“Sinyalnya sangat kecil, seperti mencari jarum di tumpukan jerami 10.000 partikel. Untuk pertama kalinya, simulasi kami menunjukkan bahwa seseorang dapat menggunakan tomografi jet 2D untuk menangkap sinyal kecil dari gelombang difusi dalam plasma quark-gluon,” kata pemimpin studi Xin-Nian Wang, ilmuwan senior di Divisi Ilmu Nuklir Berkeley Lab yang adalah bagian dari tim internasional yang menemukan teknik tomografi jet 2D.

Untuk menemukan jarum supersonik di tumpukan jerami quark-gluon, tim Berkeley Lab mengumpulkan ratusan ribu peristiwa tabrakan inti-timah yang disimulasikan di Large Hadron Collider (LHC) di CERN, dan peristiwa tabrakan inti emas di Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) di Brookhaven National Laboratory. Beberapa simulasi komputer untuk penelitian ini dilakukan di fasilitas pengguna superkomputer NERSC di Berkeley Lab.

Wang mengatakan bahwa pendekatan unik mereka “akan membantu Anda menyingkirkan semua jerami di tumpukan Anda – membantu Anda fokus pada jarum ini.” Sinyal supersonik partikel jet memiliki bentuk unik yang terlihat seperti kerucut – dengan gelombang difusi mengikuti di belakang, seperti riak air di belakang perahu yang bergerak cepat. Para ilmuwan telah mencari bukti “wakelet” supersonik ini karena memberi tahu Anda bahwa ada penipisan partikel. Setelah difusi bangun terletak di plasma quark-gluon, Anda dapat membedakan sinyalnya dari partikel lain di latar belakang.

Pekerjaan mereka juga akan membantu eksperimentalis di LHC dan RHIC memahami sinyal apa yang harus dicari dalam pencarian mereka untuk memahami bagaimana plasma quark-gluon – cairan alam yang sempurna – berevolusi menjadi materi. “Kita terbuat dari apa? Seperti apa alam semesta bayi dalam beberapa mikrodetik setelah Big Bang? Ini masih dalam proses, tetapi simulasi kami tentang kebangkitan difusi yang telah lama kami cari membuat kami lebih dekat untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, ”katanya.

Referensi: “Mencari Kebangkitan Difusi Terinduksi Jet yang Sulit dipahami dalam Z/γ-Jets dengan Tomografi Jet 2D dalam Tabrakan Ion Berat Berenergi Tinggi” oleh Wei Chen, Zhong Yang, Yayun He, Weiyao Ke, Long-Gang Pang dan Xin -Nian Wang, 17 Agustus 2021, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.082301

Rekan penulis tambahan adalah Wei Chen, University of Chinese Academy of Sciences; Zhong Yang, Universitas Normal Cina Tengah; Yayun He, Universitas Normal China Tengah dan Universitas Normal China Selatan; Weiyao Ke, Berkeley Lab dan UC Berkeley; dan Longgang Pang, Universitas Normal China Tengah.

NERSC adalah fasilitas pengguna DOE Office of Science di Berkeley Lab.

Pekerjaan ini didukung oleh DOE Office of Science dan Office of Nuclear Physics.