Qu’est-ce que le plasma quark-gluon – la soupe chaude de particules élémentaires formée quelques microsecondes après le Major Bang – a en commun avec l’eau du robinet? Les scientifiques disent que c’est ainsi que ça coule.
Une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans la revue SciPost Physics, a mis en évidence les similitudes surprenantes entre le plasma quark-gluon, la première matière supposée avoir rempli l’Univers primitif, et l’eau qui provient de notre robinet.
Le rapport entre la viscosité d’un fluide, la mesure de son écoulement et sa densité, décide de son écoulement. Alors que la viscosité et la densité du plasma quark-gluon sont approximativement 16 ordres de grandeur plus grandes que dans l’eau, les chercheurs ont constaté que le rapport entre la viscosité et la densité des deux kinds de fluides est le même. Cela suggère que l’un des états de matière les in addition exotiques connus dans notre univers s’écoulerait de votre robinet de la même manière que l’eau.
La matière qui compose notre Univers est constituée d’atomes, constitués de noyaux avec des électrons en orbite. Les noyaux sont constitués de protons et de neutrons connus collectivement sous le nom de nucléons et ceux-ci se composent à leur tour de quarks interagissant through des gluons. À des températures très élevées – approximativement un million de fois as well as chaudes que le centre du Soleil, les quarks et les gluons se détachent de leurs nucléons parents et forment à la position une soupe dense et chaude connue sous le nom de plasma quark-gluon.
On pense que peu de temps après le Major Bang, l’univers primitif était rempli de plasma de gluons quark incroyablement chaud. Cela a ensuite refroidi quelques microsecondes furthermore tard pour previous les éléments constitutifs de toute la matière trouvée dans notre univers. Depuis le début des années 2000, les scientifiques ont pu recréer expérimentalement du plasma quark-gluon à l’aide de grands collisionneurs de particules, ce qui a fourni de nouvelles informations sur cet état exotique de la matière.
On pense que la matière ordinaire que nous rencontrons quotidiennement a des propriétés très différentes de celles du plasma quark-gluon trouvé aux débuts de l’Univers. Par exemple, les fluides comme l’eau sont régis par le comportement d’atomes et de molécules qui sont beaucoup as well as gros que les particules trouvées dans le plasma quark-gluon, et sont maintenus ensemble par des forces furthermore faibles.
Cependant, l’étude récente montre que malgré ces différences, le rapport de la viscosité et de la densité, connu sous le nom de viscosité cinématique, est proche à la fois dans le plasma quark-gluon et dans les liquides ordinaires. Ce rapport est crucial car or truck le débit de fluide ne dépend pas uniquement de la viscosité mais est régi par l’équation de Navier-Stokes qui contient la densité et la viscosité. Par conséquent, si ce rapport est le même pour deux fluides différents, ces deux fluides s’écouleront de la même manière même s’ils ont des viscosités et des densités très différentes.
Surtout, ce n’est pas n’importe quelle viscosité liquide qui coïncide avec la viscosité du plasma quark-gluon. En effet, la viscosité du liquide peut varier de plusieurs ordres de grandeur en fonction de la température. Cependant, il y a un issue très particulier où la viscosité du liquide a une limite inférieure presque universelle. Des recherches antérieures ont montré que dans cette limite, la viscosité du fluide est régie par des constantes physiques fondamentales telles que la constante de Planck et la masse des nucléons. Ce sont ces constantes de la character qui décident en fin de compte si un proton est une particule steady et régissent des processus comme la synthèse nucléaire dans les étoiles et la création d’éléments biochimiques essentiels nécessaires à la vie. L’étude récente a révélé que c’est cette limite inférieure universelle de viscosité des fluides ordinaires comme l’eau qui s’avère être proche de la viscosité du plasma quark-gluon.
Le professeur Kostya Trachenko, professeur de physique à l’Université Queen Mary de Londres et auteur du récent article, a déclaré : “Nous ne comprenons pas encore pleinement l’origine de cette similitude frappante, mais nous pensons qu’elle pourrait être liée aux constantes physiques fondamentales qui définissent les deux la limite inférieure universelle de viscosité pour les liquides ordinaires et le plasma quark-gluon. ”
“Cette étude fournit un exemple assez rare et charmant où nous pouvons établir des comparaisons quantitatives entre des systèmes extrêmement disparates”, poursuit le professeur Matteo Baggioli de l’Université autonome de Madrid. “Les liquides sont décrits par hydrodynamique, ce qui nous laisse avec de nombreux problèmes ouverts qui sont actuellement à la pointe de la recherche en physique. Notre résultat montre le pouvoir de la physique de traduire des principes généraux en prédictions spécifiques sur des propriétés complexes telles que l’écoulement de liquide dans des varieties de matière exotiques. comme le plasma quark-gluon. ”
La compréhension du plasma quark-gluon et de son flux est actuellement à la pointe de la physique des hautes énergies. Les forces fortes entre les quarks et les gluons sont décrites par la chromodynamique quantique, l’une des théories physiques les additionally complètes qui existent. Cependant, alors que la chromodynamique quantique fournit une théorie de la drive nucléaire forte, il est très difficile de résoudre et de comprendre les propriétés du plasma quark-gluon en utilisant cela seul.
“Il est concevable que le résultat actuel puisse nous fournir une meilleure compréhension du plasma quark-gluon”, a ajouté le professeur Vadim Brazhkin de l’Académie russe des sciences. “La raison en est que la viscosité dans les liquides à leur minimal correspond à un régime très particulier de dynamique des liquides que nous n’avons compris que récemment. La similitude avec le QGP suggère que les particules de ce système exotique se déplacent de la même manière que dans l’eau du robinet.”