Rekor sıcaklık: Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra ölçülen trilyonlarca derece.

Uzay

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 30 Ekim 2025

Evrenin ilk anlarını incelemek için tasarlanan dev STAR dedektörünün kısmi görünümü. [Görsel: BNL]

Rekor sıcaklık

Plaklardan hoşlanıyorsanız, bunu da beğeneceksiniz: Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra var olan kuark-gluon plazması adı verilen ilkel çorbanın sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklığı hayal etmek imkansızdır.

Bilim insanları, ABD'deki Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı'nda (RHIC) bulunan STAR adlı bir dedektör tarafından üretilen bu ultra sıcak madde halinin sıcaklık profilini yakaladılar. STAR aynı zamanda, 12 ülkede 55 kurumdan yüzlerce bilim insanını bir araya getiren ve bu ekipmanı inşa edip işleten uluslararası iş birliğinin de adıdır.

Ekip, atom çarpışmalarından kaynaklanan nadir elektron ve pozitron emisyonlarını analiz ederek, ilkel plazmanın evriminin farklı aşamalarındaki kesin sıcaklıkları belirledi. Sonuçlar, teorik öngörüleri doğrulamanın yanı sıra, maddenin aşırı koşullar altındaki davranışını haritalayan kuantum kromodinamiğinin (QCD) faz diyagramını da geliştirdi.

STAR İşbirliği üyesi Frank Geurts, "Ölçümlerimiz kuark-gluon plazmasının termal imzasını ortaya koyuyor," dedi. "Delepton emisyonlarını takip etmek, plazmanın sıcaklığını ve ne zaman soğumaya başladığını belirlememizi sağladı ve Evren'in oluşumundan sadece mikrosaniyeler sonra koşullara dair doğrudan bir fikir verdi."

Diyagram, baryonik kimyasal potansiyele (net baryonik sayı yoğunluğuna eşdeğer) ve sıcaklığa sahip maddenin özelliklerini, normal çekirdeklerin, nötron yıldızlarının ve kuark-gluon plazmasına faz geçişinin referans noktalarıyla göstermektedir. [Görsel: STAR İşbirliği - 10.1038/s41467-025-63216-5]

Trilyonlarca derece

Sonuçlar, yayılan elektron çiftlerinin kütlesine bağlı olarak iki farklı sıcaklık aralığının olduğunu gösterdi.

Düşük kütle aralığında, ortalama sıcaklık yaklaşık 2,01 trilyon Kelvin'e ulaştı; bu, teorik öngörülerle ve plazmanın sıradan maddeye dönüştüğünde gözlemlenen sıcaklıklarla tutarlıydı. Daha yüksek kütle aralığında ise, ortalama sıcaklık yaklaşık 3,25 trilyon Kelvin idi ve bu, plazmanın ilk, daha sıcak evresini temsil ediyordu.

Bu karşıtlık, düşük kütleli elektronların plazmanın evriminde daha sonra üretildiğini, yüksek kütleli elektronların ise daha erken, daha enerjik aşamada doğduğunu düşündürmektedir.

Bilim insanları, kuark-gluon plazmasının sıcaklığını evriminin farklı noktalarında hassas bir şekilde ölçerek, QCD faz diyagramını tamamlamak için kritik deneysel veriler elde ettiler. Bu diyagram, temel maddenin, Büyük Patlama'dan hemen sonra var olan koşullara benzer şekilde, ancak günümüzde nötron yıldızları gibi astrofizik olaylarda da mevcut olan muazzam ısı ve yoğunluk altında nasıl davrandığını haritalamak için önemlidir.

Geurts, "Bu termal harita sayesinde araştırmacılar artık kuark-gluon plazmasının yaşam süresi ve taşıma özellikleri hakkındaki anlayışlarını geliştirebilecek ve böylece erken evren anlayışımızı geliştirebilecekler," dedi. "Bu gelişme, basit bir ölçümden çok daha fazlasını ifade ediyor; maddenin en uç sınırlarının keşfinde yeni bir çağın habercisi."

STAR dedektörü ile yeniden oluşturulan bir Au+Au çarpışmasının şematik gösterimi. [Görsel: STAR İşbirliği - 10.1038/s41467-025-63216-5]

Hangi tip termometre kullanıldı?

Hiçbir aletin fiziksel olarak dayanamayacağı ortamlarda sıcaklık ölçümü yapmak büyük bir yaratıcılık ve sıkı çalışma gerektiriyordu.

Ekip, çarpıştırıcıda atom çekirdeklerinin yüksek hızlı çarpışmaları sırasında salınan elektron ve pozitronların termal çiftlerini inceleyerek bu zorluğun üstesinden geldi. Bu emisyonlar, oluşum ve soğuma sırasında plazma sıcaklığını yeniden oluşturmalarına olanak sağladı.

Geurts, "Kuark-gluon plazmasının ömrü boyunca üretilen termal lepton çiftleri veya elektron-pozitron emisyonları ideal adaylar olarak ortaya çıktı," dedi. "Plazmayla etkileşime girebilen kuarkların aksine, bu leptonlar plazmadan neredeyse hiç zarar görmeden geçer ve çevreleri hakkında bozulmamış bilgiler taşırlar."

Bu, düşük enerjili lepton çiftlerini izole edebilmesi ve arka plan gürültüsünü azaltabilmesi için STAR dedektöründe benzeri görülmemiş teknolojik iyileştirmeler gerektirdi. Temel fikir, bu çiftlerin enerji dağılımının plazma sıcaklığını doğrudan ortaya çıkarmasıdır; bu yaklaşıma "delici termometre" denir; emisyonlar, ortalama bir termal profil oluşturmak için entegre edilir.

Büyük Patlama sonrası sıcaklığa ilişkin önceki tahminler, plazma içindeki hareketler nedeniyle çarpıtılmanın yanı sıra, Doppler etkisine benzer sapmalar veya okumaların plazmanın kendisini mi yoksa bozunmasının sonraki aşamalarını mı yansıttığına ilişkin karışıklıklar nedeniyle büyük belirsizlik içeriyordu.

Diğer haberler:

Daha fazla konu