Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Plasma Quark-Gluon Mengalir Seperti Air

Apa kesamaan plasma quark-gluon -- sup panas partikel elementer yang terbentuk beberapa mikrodetik setelah Big Bang -- dengan air ledeng? Para ilmuwan mengatakan begitulah alirannya.

Sebuah studi baru, yang diterbitkan hari ini di jurnal SciPost Physics , telah menyoroti kesamaan mengejutkan antara plasma quark-gluon, materi pertama yang dianggap telah mengisi alam semesta awal, dan air yang berasal dari keran kita.

IMAGES
Gambar: cdn.arstechnica.net

Rasio antara viskositas suatu fluida, ukuran seberapa encernya, dan densitasnya, menentukan bagaimana ia mengalir. Sementara viskositas dan densitas plasma quark-gluon sekitar 16 kali lipat lebih besar daripada di air, para peneliti menemukan bahwa rasio antara viskositas dan densitas kedua jenis cairan adalah sama. Ini menunjukkan bahwa salah satu keadaan materi paling eksotis yang diketahui ada di alam semesta kita akan mengalir keluar dari keran Anda dengan cara yang sama seperti air.

Materi yang membentuk alam semesta kita terbuat dari atom, yang terdiri dari inti dengan elektron yang mengorbit. Inti terdiri dari proton dan neutron yang dikenal secara kolektif sebagai nukleon dan ini pada gilirannya terdiri dari quark yang berinteraksi melalui gluon. Pada suhu yang sangat tinggi -- sekitar satu juta kali lebih panas dari pusat Sun- quark dan gluon terlepas dari nukleon induknya dan sebagai gantinya membentuk sup panas padat yang dikenal sebagai plasma quark-gluon.

Diperkirakan bahwa tak lama setelah Big Bang, alam semesta awal dipenuhi dengan plasma quark gluon yang sangat panas. Ini kemudian didinginkan mikrodetik kemudian untuk membentuk blok bangunan dari semua materi yang ditemukan di alam semesta kita. Sejak awal 2000-an para ilmuwan telah mampu menciptakan plasma quark-gluon secara eksperimental menggunakan penumbuk partikel besar, yang telah memberikan wawasan baru tentang keadaan materi yang eksotis ini.

Materi biasa yang kita temui setiap hari dianggap memiliki sifat yang sangat berbeda dengan plasma quark-gluon yang ditemukan di awal awal Semesta. Misalnya, cairan seperti air diatur oleh perilaku atom dan molekul yang jauh lebih besar daripada partikel yang ditemukan dalam plasma quark-gluon, dan disatukan oleh gaya yang lebih lemah.

Namun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa meskipun perbedaan ini rasio viskositas dan densitas, yang dikenal sebagai viskositas kinematik, dekat baik dalam plasma quark-gluon dan cairan biasa. Rasio ini penting karena aliran fluida tidak bergantung pada viskositas saja tetapi diatur oleh persamaan Navier-Stokes yang mengandung densitas dan viskositas. Oleh karena itu, jika rasio ini sama untuk dua fluida yang berbeda, kedua fluida ini akan mengalir dengan cara yang sama bahkan jika mereka memiliki viskositas dan densitas yang sangat berbeda.

Yang penting, bukan sembarang viskositas cairan yang bertepatan dengan viskositas plasma quark-gluon. Memang, viskositas cairan dapat bervariasi dengan banyak urutan besarnya tergantung pada suhu. Namun, ada satu titik yang sangat khusus di mana viskositas cairan memiliki batas bawah yang hampir universal. Penelitian sebelumnya menemukan bahwa dalam batas itu, viskositas fluida diatur oleh konstanta fisik dasar seperti konstanta Planck dan massa nukleon. Konstanta alam inilah yang pada akhirnya memutuskan apakah proton adalah partikel yang stabil, dan mengatur proses seperti sintesis nuklir di bintang dan penciptaan elemen biokimia penting yang dibutuhkan untuk kehidupan. Studi baru-baru ini menemukan bahwa batas bawah universal viskositas cairan biasa seperti air yang ternyata mendekati viskositas plasma quark-gluon.

Profesor Kostya Trachenko, Profesor Fisika di Queen Mary University of London dan penulis makalah baru-baru ini, mengatakan: "Kami belum sepenuhnya memahami asal usul kesamaan yang mencolok ini, tetapi kami pikir itu mungkin terkait dengan konstanta fisik dasar yang mengatur keduanya. batas bawah universal viskositas untuk cairan biasa dan plasma quark-gluon."

"Studi ini memberikan contoh yang cukup langka dan menyenangkan di mana kita dapat menarik perbandingan kuantitatif antara sistem yang sangat berbeda," lanjut Profesor Matteo Baggioli dari Universidad Autonoma de Madrid. "Cairan dijelaskan oleh hidrodinamika, yang meninggalkan kita dengan banyak masalah terbuka yang saat ini berada di garis depan penelitian fisika. Hasil kami menunjukkan kekuatan fisika untuk menerjemahkan prinsip-prinsip umum ke dalam prediksi spesifik tentang sifat kompleks seperti aliran cairan dalam jenis materi yang eksotis. seperti plasma quark-gluon."

Memahami plasma quark-gluon dan alirannya saat ini berada di garis depan fisika energi tinggi. Gaya kuat antara quark dan gluon dijelaskan oleh kromodinamika kuantum, salah satu teori fisika paling komprehensif yang ada. Namun sementara kromodinamika kuantum memberikan teori gaya nuklir kuat, sangat sulit untuk memecahkan dan memahami sifat plasma quark-gluon menggunakan ini saja.

"Bisa dibayangkan bahwa hasil saat ini dapat memberi kita pemahaman yang lebih baik tentang plasma quark-gluon," tambah Profesor Vadim Brazhkin dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. "Alasannya adalah bahwa viskositas dalam cairan pada tingkat minimumnya sesuai dengan rezim dinamika cairan yang sangat khusus yang kita pahami baru-baru ini. Kesamaan dengan QGP menunjukkan bahwa partikel dalam sistem eksotis ini bergerak dengan cara yang sama seperti di air keran."

Powered By NagaNews.Net