कोई तरल पदार्थ कितना छोटा हो सकता है?

भौतिकविदों ने प्रयोगशाला में अब तक बनाए गए पदार्थ के सबसे अजीब रूपों में से एक: क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा (क्यूजीपी) का अध्ययन करने में दो दशक से अधिक समय बिताया है।

क्वार्क और ग्लूऑन पदार्थ के सबसे छोटे टुकड़े हैं। बिग बैंग के बाद एक सेकंड के पहले कुछ मिलियनवें हिस्से में एक क्यूजीपी अस्तित्व में था, इससे पहले कि क्वार्क पहले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाने के लिए एक साथ बंधे थे।

शोधकर्ता नियमित रूप से अत्यधिक उच्च ऊर्जा पर भारी परमाणु नाभिकों को टकराकर क्यूजीपी की छोटी बूंदें बनाते हैं। ये बूंदें असाधारण रूप से गर्म होती हैं, खरबों डिग्री सेंटीग्रेड तक पहुंचती हैं। हालाँकि, उनका व्यवहार अधिक आश्चर्यजनक रहा है: गैस की तरह कार्य करने के बजाय, क्यूजीपी एक तरल पदार्थ की तरह व्यवहार करता है।

में एक नया अध्ययन भौतिक समीक्षा पत्र ने अब इस क्षेत्र में एक नई ‘सीमा’ की सूचना दी है। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) में ऑक्सीजन नाभिक को एक साथ तोड़कर, शोधकर्ताओं ने क्यूजीपी की अब तक की सबसे छोटी गुड़िया पाई है – जो अभी भी तरल पदार्थ की तरह व्यवहार करती है।

भौतिक विज्ञानी दशकों से जानते हैं कि सक्रिय और टकराने वाले सीसे के नाभिक, जो ऑक्सीजन नाभिक से कहीं अधिक भारी होते हैं, QGP उत्पन्न करते हैं। नया अध्ययन एक अलग प्रश्न का समाधान करता है: पदार्थ की एक बूंद कितनी छोटी हो सकती है और फिर भी उसका तरल पदार्थ जैसा व्यवहार हो सकता है?

एलएचसी आमतौर पर प्रोटॉन को एक साथ तोड़ता है। शोधकर्ताओं ने ऑक्सीजन आयनों को चुना क्योंकि वे कुचले हुए प्रोटॉन द्वारा निर्मित ऊर्जा और पदार्थ के छोटे-छोटे गुच्छों और लेड आयनों द्वारा निर्मित विशाल गुच्छों के बीच एक मध्य जमीन पर कब्जा कर लेते हैं। एक मध्य मार्ग जो उस निर्णायक बिंदु को प्रकट कर सकता है जहां उप-परमाणु पदार्थ एक तरल पदार्थ जैसा दिखने लगता है।

अनुसंधान दल ने एलएचसी पर ऑक्सीजन नाभिकों के बीच टकराव का विश्लेषण किया, टकराव से उभरे तेज गति वाले कणों की तलाश की, और उनकी संख्या की तुलना की, यदि कोई सघन माध्यम नहीं बना होता तो क्या अपेक्षा की जाती।

यदि कोई सघन माध्यम नहीं बनता है, तो भौतिक विज्ञानी अनुमान लगा सकते हैं कि ऐसे कितने कण प्रकट होने चाहिए। लेकिन यदि कोई माध्यम मौजूद है, तो कुछ ऊर्जावान क्वार्क और ग्लूऑन भागने से पहले ऊर्जा खो देंगे, जिससे अंततः डिटेक्टर तक पहुंचने वाले ऊर्जावान कणों की संख्या कम हो जाएगी।

शोधकर्ताओं ने इस तरह के दमन के संकेत बताए हैं। ऑक्सीजन आयनों से जुड़े टकरावों में यह कम स्पष्ट था, लेकिन यह ध्यान देने योग्य था।

खोज से पता चलता है कि ऑक्सीजन-ऑक्सीजन टकराव ऊर्जावान क्वार्क और ग्लून्स की गति को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त बड़ा माध्यम बना सकता है। डेटा “सैद्धांतिक मॉडलों के साथ भी बेहतर समझौते में हैं जिनमें क्वार्क-ग्लूऑन ऊर्जा हानि शामिल है, उन मॉडलों की तुलना में जो इसे छोड़ देते हैं,” भौतिक समीक्षा पत्र एसोसिएट एडिटर निखिल कार्तिक ने लिखा भौतिक विज्ञान.

चिपचिपाहट और प्रवाह जैसे गुण तरल पदार्थों से जुड़े होते हैं, और इन तरल पदार्थों में आमतौर पर कणों की भारी संख्या होती है। दीवार से फिसलती पानी की एक बूंद में चार खरब पानी के अणु होते हैं। शहद का एक गोला इतना बड़ा है कि यह दर्शाता है कि यह कितनी धीमी गति से सरकता है, इसमें लगभग एक क्विंटल चीनी अणु होते हैं। फिर भी क्यूजीपी बहुत, बहुत छोटा है – इसमें शायद हजारों क्वार्क और ग्लूऑन हैं – लेकिन यह अभी भी एक तरल पदार्थ है।

नई खोज के अनुसार, अपेक्षाकृत हल्के नाभिक वाले टकराव में भी एक जोरदार संपर्क माध्यम उभर सकता है। साथ ही, यह इस रहस्य को और अधिक पेचीदा बना देता है कि द्रव जैसे माध्यम और बड़े पैमाने पर स्वतंत्र कणों वाली गैस के बीच संक्रमण वास्तव में कहां होता है।

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