Einsteinin erikoissuhteellisuusteoriasta ennustetun salaperäisen aineen muodon etsintä kapenee. Yli vuosikymmenen ajan tutkittuaan maailman suurimman hiukkaskolarittajan tutkijat uskovat olevansa löytämässä sitä.
Mutta tutkijat eivät etsi räjähtäneitä suolistossa hiukkasia, jotka on särkynyt melkein kevyellä nopeudella.
Sen sijaan Ranskan ja Sveitsin välisen rajan alla maan alle haudatun 17 kilometrin (27 kilometrin) renkaan suuren haadroninkulkijan (LHC) fyysikot etsivät puuttuvaa ainetta, nimeltään värillistä lasikondensaattia, tutkimalla mitä tapahtuu hiukkasten kanssa älä törmää, vaan zoomaa sen sijaan lähellä missauksia.
Fysiikan standardimallissa teorialla, joka kuvaa alaatomisten hiukkasten eläintarhaa, 98% maailmankaikkeuden näkyvästä aineesta on pitänyt perustapohjaiset hiukkaset, joita kutsutaan gluoneiksi. Nämä osuvasti nimetyt hiukkaset ovat vastuussa voimasta, joka liimaa kvarkeja protonien ja neutronien muodostamiseksi. Kun protonit kiihdytetään lähelle valonopeutta, tapahtuu outo ilmiö: Gluonien pitoisuus niiden sisällä kasvaa.
"Näissä tapauksissa gluonit jakautuvat pariksi gluoneista, joissa energiat ovat alhaisemmat, ja tällaiset gluonit jakautuvat myöhemmin ja niin edelleen", Kansas-yliopiston fysiikan ja tähtitieteen apulaisprofessori Daniel Tapia Takaki sanoi lausunnossaan. "Jossain vaiheessa protonin sisällä olevien gluonien halkaisu saavuttaa rajan, jossa gluonien kertolasku lakkaa kasvaa. Tällainen tila tunnetaan värillisen lasikondensaattina, hypoteettisena ainefaasina, jonka ajatellaan olevan olemassa erittäin korkeassa - energian protoneja ja samoin kuin raskaissa ytimissä. "
Brookhavenin kansallisen laboratorion mukaan kondensaatti voisi selittää monia ratkaisemattomia fysiikan salaisuuksia, kuten kuinka hiukkaset muodostuvat suurienergisissä törmäyksissä tai miten aine jakautuu hiukkasiin. Sen olemassaolon vahvistaminen on kuitenkin kiertänyt tutkijoita vuosikymmenien ajan. Mutta vuonna 2000 Brookhavenin relativistisen Heavy Ion Colliderin fyysikot löysivät ensimmäiset merkit värilasin kondensaatin olemassaolosta.
Kun laboratorio murskasi yhdessä elektroneistaan kullatut atomit, he löysivät omituisen signaalin törmäyksissä virtaavista hiukkasista, vihjaten, että atomien protonit olivat täynnä gluoneja ja alkavat muodostaa värillisen lasikondensaatin. Muilla kokeilla raskaiden ionien törmäyksessä LHC: llä on ollut samanlaisia tuloksia. Protonien törmääminen relativistisilla nopeuksilla voi kuitenkin antaa vain lyhyen välähdyksen protonien sisääntuloista ennen kuin alaatomiset hiukkaset räjähtävät väkivaltaisesti. Protonien sisäpintojen koetteleminen on lempeämpää.
Kun varautuneet hiukkaset, kuten protonit, kiihdytetään suurille nopeuksille, ne luovat voimakkaita sähkömagneettisia kenttiä ja vapauttavat energiaa fotonien tai valon hiukkasten muodossa. (Valon kaksoisluonteen ansiosta se on myös aalto.) Nämä energiavuodot hylättiin kerran hiukkaskiihdyttimien ei-toivottuina sivuvaikutuksina, mutta fyysikot ovat oppineet uusia tapoja käyttää näitä korkeaenergisia fotoneja hyödyksi.
Jos protonit huijaavat toistensa ohitse kiihdyttimessä, niiden vapauttamien fotonien myrsky voi aiheuttaa protonien ja fotonien törmäyksiä. Nämä ns. Ääreisalueiden törmäykset ovat avain ymmärtämään korkeaenergisten protonien sisäistä toimintaa.
"Kun korkeaenerginen valoaalto osuu protoniin, se tuottaa hiukkasia - kaikenlaisia hiukkasia - rikkomatta protonia", Tapia Takaki sanoi lausunnossaan. "Nämä hiukkaset on tallennettu ilmaisimellamme ja antavat meille mahdollisuuden rekonstruoida ennennäkemättömän korkealaatuinen kuva sisällöstä."
Tapia Takaki ja kansainvälinen tiedemiesyhteistyö käyttävät nyt tätä menetelmää jäljitettävän värillisen lasikondensaatin jäljittämiseen. Tutkijat julkaisivat tutkimuksensa varhaiset tulokset The European Physical Journal -lehden elokuun numerossa. Ensimmäistä kertaa ryhmä pystyi mittaamaan epäsuorasti gluonien tiheyden neljällä eri energiatasolla. Korkeimmalla tasolla he löysivät todisteita siitä, että värillinen lasikondensaatti oli vasta alkamassa muodostua.
Koetulokset "... ovat erittäin jännittäviä, ja ne antavat uutta tietoa protonin gluonidynamiikasta, koska moniin teoreettisiin kysymyksiin ei ole vastattu", Brasilian Pelotasin liittovaltion yliopiston fysiikan professori Victor Goncalves ja tutkimuksen yhteiskirjailija, sanoi lausunnossa.
Värilasikondensaatin olemassaolo on toistaiseksi vaikea mysteeri.
