W laboratorium Brookhaven na Long Island fizycy zarejestrowali nieoczekiwany sygnał w danych ze zderzeń ciężkich jonów. Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC wykazał gwałtowny spadek fluktuacji pędu poprzecznego cząstek przy określonej energii. Sygnał ten może wskazywać na przejście fazowe w supergęstej materii jądrowej, podobne do tego, które zachodziło w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu.
Na samym początku Wszechświata przestrzeń była zbyt gorąca i gęsta, by mogły istnieć atomy. Protony i neutrony nie zdążyły się jeszcze uformować, a materia stanowiła swobodnie płynącą „zupę” z kwarków i gluonów — plazmę kwarkowo-gluonową. W miarę rozszerzania się kosmosu temperatura spadała, gluony „sklejały” kwarki w protony i neutrony, a plazma przekształcała się w zwykłą materię jądrową. Było to prawdziwe przejście fazowe, podobne do zamarzania wody, ale na poziomie cząstek elementarnych.
Akcelerator RHIC odtwarza takie warunki na ułamki sekundy, rozpędzając jony złota niemal do prędkości światła. Nowe dane STAR ujawniły „zapadnięcie” w wahaniach pędu cząstek właśnie w tym obszarze energii, w którym spodziewany jest punkt krytyczny przejścia fazowego. Naukowcy nazywają to możliwym dowodem, że przejście rzeczywiście istnieje i zależy od gęstości oraz temperatury.
Odkrycie jest ważne nie tylko dla kosmologii. Zrozumienie zachowania materii przy ekstremalnych gęstościach pomoże wyjaśnić, co dzieje się wewnątrz gwiazd neutronowych, gdzie cała masa gwiazdy jest ściśnięta do rozmiarów niewielkiego miasta. Zależy od tego na przykład prędkość dźwięku w ich jądrze oraz próg zapadnięcia się w czarną dziurę.
Jednak sygnał pozostaje na razie jedynie sugestią. Alternatywne wyjaśnienia wiążą go ze zmianą składu cząstek przy różnych energiach zderzeń. Naukowcy planują przeanalizować pozostałe dane RHIC, który zakończył pracę w 2026 roku, aby potwierdzić lub obalić to odkrycie.
Jeśli punkt krytyczny zostanie wiarygodnie ustalony, otworzy to nowe spojrzenie na ewolucję materii od pierwszych mikrosekund Wszechświata aż po najgęstsze obiekty kosmosu.
