Najkraći svetlosni pulsevi okriće nam dimenzije zvezda, tajne plazme i početak nastanka svemira.
Na Tehničkom univerzitetu u Beču računarskom simulacijom je demonstrirana mogućnost stvaranja najkraćeg svetlosnog pulsa koji bi se mogao postići u sudarima teških iona koji se odvijaju u CERN-u.
Pulsevi su tako kratki da ih je naprosto nemoguće izmeriti pomoću današnje merne opreme, no rešenje se pojavilo u obliku metode koja je predložena kako bi se, korišćenjem detektora čije se postavljanje u CERN-u očekuje u 2018. godini, stvorila najbrža "štoperica" za merenje najkraćih svetlosnih pulseva.
Fenomeni koji se odvijaju u relativno kratkim vremenskim intervalima često se proučavaju korišćenjem ultra kratkih laserskih pulseva. Danas je, naime, situacija takva da je moguće stvoriti pulsove, odnosno titraje, koji su red veličina atosekunde (10−18 s), no vrlo je verovatno da će uskoro ovi rekordi biti oboreni.
"Atomska jezgra u akceleratorima čestica poput LHC-a (Large Hadron Collider), akceleratora u CERN-u, ili primera RHIC-a (Relativistic Heavy Ion Collider), akceleratora u Brookhavenu, mogu stvoriti svetlosne pulseve koji su čak i do milion puta kraći nego što je to sada moguće." govori Andreas Ipp s Tehničkog univerziteta u Beču.
U ALICE-u (A Large Ion Collider Experiment), eksperimentu koji se sprovodi u CERN-u, brzina pri kojoj se sudaraju jezgra olova je približna brzini svetlosti. Ostaci razasutih jezgra, zajedno s novim česticama koje su stvorene u sudaru, formiraju kvark-gluonsku plazmu, stanje materije toliko visoke temperature da se čak neutroni i protoni tope. Njihovi gradivni blokovi (gluoni i kvarkovi) mogu se kretati nezavisno bez da su međusobno povezani. Kvark-gluonska plazma egzistira samo nekoliko joktosekundi (10−24s).
Iz kvark-gluonske plazme stvorene u akceleratoru čestica mogu se emitovati svetlosni pulsevi koji sadrže vredne informacije o njoj samoj. Međutim, problem leži u nemogućnosti konvencionalnih mernih tehnika da izmere promene čije je trajanje u joktosekundama. "Zbog toga smo odlučili iskoristiti HBT (Hanbury-Brown and Twiss) efekt, ideju koja je izvorno razvijena za potrebe astronomskih merenja." kaže Andreas Ipp.
U HBT eksperimentu, merena je korelacija između dva različita detektora svetlosnih pulseva. Na ovaj način omogućeno je vrlo precizno merenje dimenzija zvezda. "Umesto proučavanja prostornih udaljenosti, na ovaj se način mogu meriti i vremenski intervali", kaže Andreas Ipp. On i kolega Peter Somkuti su izveli proračune koji pokazuju da bi pulseve kvark-gluonske plazme koji su veličine joktosekunde bilo moguće izmeriti primenom HBT eksperimenta. "Bilo bi to vrlo teško, ali ipak izvedivo", govori Ipp. Takav eksperiment ne bi zahtevao dodatne skupe detektore, već bi se mogao izvesti pomoću napred isturenog "forward" kalorimetra, čije se postavljanje u CERN-u očekuje oko 2018. godine. Na ovaj način eksperiment ALICE bi mogao postati najtačnija svetska "štoperica".
Postoji još mnogo otvorenih pitanja vezanih uz fiziku kvark-gluonske plazme. Ona poseduje neverovatno nisku viskoznost i ređa je od ijedne tečnosti koju poznajemo. Čak i ako započinje u stanju neravnoteže, plazma postiže termalnu ravnotežu u izuzetno kratkom periodu. Nova vredna saznanja kojima će rezultirati proučavanje svetlosnih pulseva koje emituje kvark-gluonska plazma mogle bi pomoći u boljem razumevanju stanja stvari.
U budućnosti, svetlosni pulsevi bi se možda čak mogli koristiti za nuklearna istraživanja. "Eksperimenti u kojima se koriste dva svetlosna pulsa su česti u kvantnoj fizici," kaže Ipp. "Prvi puls menja stanje objekta koji se proučava, a drugi koji se koristi ubrzo posle, meri promenu." Kod svetlosnih pulseva čiji je trajanje u joktosekundama, ovaj već isprobani pristup može se koristiti u područjima koja su sve do sada bila potpuno nedostupna u ovakvom tipu istraživanja.
Razumevanje strukture kvark-gluonske plazme ključ je u rasvetljavanju evolucije svemira. Naime, zadnjih desetak godina naučnici širom sveta vrše eksperimente u najsnažnijim akceleratorima čestica kako bi pokušali reprodukovati upravo onaj trenutak milionitog delića sekunde posle Velikog praska kada se svemir sastojao samo od praiskonske "vruće supe" elementarnih čestica nazvanih kvarkovi i gluoni. Nekoliko mikrosekundi kasnije, ove čestice su se počele hladiti te formirati protone i neutrone, gradivne blokove materije.
Izvor: vidi.hr