Przeprowadzone przez zespół naukowców obserwacje niecentralnych zderzeń jąder atomowych pozwoliły bezpośrednio zaobserwować zjawisko, w którym powstałe w takich zderzenia silne pola magnetyczne powodują powstanie prądu elektrycznego w uwolnionej w zderzeniu materii jądrowej, tj. w chmurze kwarków i gluonów, które zostały dosłownie wyrwane w zderzeniu z wnętrza protonów i neutronów.
W artykule opisującym obserwacje naukowcy zauważają, że choć mamy w tym przypadku do czynienia z niezwykle silnym polu magnetycznym — jakiś miliard razy silniejszym od magnesu kuchennego — to z uwagi na to, że jest to pole magnetyczne cząstek subatomowych, jest ono niezwykle trudne do wykrycia.
Aby poradzić sobie z tym problemem, naukowcy skupili się na pomiarach tego, w jaki sposób tory cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym odchylane są tuż po zderzeniu. To właśnie te informacje potwierdziły istnienie silnego pola magnetycznego, a tym samym umożliwiły pomiar przewodności elektrycznej powstałej po zderzeniu ciężkich jonów plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP).
Czytaj także: Dżety zdradzają sekrety materii
Zależność tutaj jest względnie prosta. Pole elektromagnetyczne plazmy kwarkowo-gluonowej zmienia tor lotu cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznych, niezależnie od tego, czy są to elektrony, kwarki czy protony. Im silniejsze jest odchylenie toru lotu, tym przewodność elektryczna plazmy kwarkowo-gluonowej jest silniejsza.
Bezpośredni pomiar tej własności stanowi duże osiągnięcie, bowiem wcześniej naukowcom nie udawało się zmierzyć tej cechy QGP). Można zatem powiedzieć, że zyskaliśmy nowy sposób badania właściwości elektromagnetycznych plazmy kwarkowo-gluonowej, a tym samym porównywania ich do właściwości elektromagnetycznych materii jądrowej zbudowanej z protonów i neutronów.
Autorzy pracy skupili się na obserwowaniu niecentrycznych zderzeń ciężkich jonów, ze względu na to, że jeżeli nie dochodzi między nimi do zderzenia czołowego, to część protonów w momencie zderzenia z prędkością bliską prędkości światła zaczyna wirować. Efektem zatem powinno być powstawanie pól magnetycznych silniejszych od tych, które obserwuje się nawet w gwiazdach neutronowych.
Wyzwaniem jest tutaj jednak fakt, że tak powstała plazma kwarkowo-gluonowa bardzo szybko znika, przez co nie dało się dotąd bezpośrednio zmierzyć jej właściwości elektromagnetycznych.
Właśnie z tego powodu naukowcy postanowili dokonać pomiaru pośrednio, poprzez obserwacje tego, jak zachowują się naładowane elektrycznie cząstki w otoczeniu takiej plazmy bezpośrednio po zderzeniu.
Jak się okazało, był to bardzo dobry pomysł. Cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym tuż po zderzeniu zmieniały tor lotu tak, że jedynym wyjaśnieniem tej zmiany musi być pole elektromagnetyczne i prąd indykowany w plazmie kwarkowo-gluonowej.
Opisywane w artykule eksperymentu przeprowadzono w akceleratorze cząstek RHIC stanowiącym komponent Brookhaven National Laboratory, a wyniki opisano w artykule opublikowanym na łamach periodyka Physical Review X.