Υπάρχουν μέρη στο Σύμπαν όπου η ύλη παραμορφώνεται τόσο άγρια που ο μαγνητισμός εξελίσσεται σε μια αδιανόητη δύναμη. Γνωστοί ως μαγνητάρια, οι βαρυτικά συμπυκνωμένοι πυρήνες αυτών των εξαιρετικά δυναμικών αστέρων νετρονίων συγκεντρώνουν μαγνητικά πεδία με ισχύ περίπου 100 τρισεκατομμυρίων gauss. Ωστόσο, θα μπορούσαν να υπάρχουν ζώνες εδώ στη Γη όπου μικροσκοπικοί θύλακες μαγνητισμού τρεμοπαίζουν με ισχύ που υπερβαίνει κατά πολύ ακόμη και αυτά τα κοσμικά τερατουργήματα.
Μια ανάλυση των αλληλεπιδράσεων των σωματιδίων στον συγκρουστή σχετικιστικών βαρέων ιόντων (RHIC) στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) ανακάλυψε ίχνη μαγνητικών πεδίων ρεκόρ που έχουν αποτυπωθεί στον ψεκασμό του υλικού που αποβάλλεται από τη σύγκρουση πυρήνων διαφόρων βαρέων ιόντων.
Μετρώντας τα θραύσματα ακόμη μικρότερων σωματιδίων κουάρκ και γκλουονίων που απελευθερώθηκαν από τις εκτός κέντρου συγκρούσεις, οι φυσικοί απέκτησαν πληροφορίες για τις δυνάμεις που δρουν βαθιά μέσα στα άτομα. “Αυτή είναι η πρώτη μέτρηση του τρόπου με τον οποίο το μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων (QGP)”, λέει ο Diyu Shen, φυσικός στη συνεργασία Solenoidal Tracker at RHIC (STAR) στο DOE.
Τα κουάρκ είναι θεμελιώδη σωματίδια που τρεμοπαίζουν μέσα και έξω από την ύπαρξή τους σε κβαντικές χιονοθύελλες, ενώ οι αλληλεπιδράσεις τους διέπονται από σωματίδια γκλουονίων με σύντομη διάρκεια ζωής που δεσμεύουν τις καταιγίδες κουάρκ και αντικουάρκ στα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν όλα τα άτομα.
Η γνώση του τρόπου με τον οποίο τα κουάρκ και τα αντικουάρκ σκύβουν και βουτούν κατά τη σύντομη διάρκεια της ζωής τους μέσα στα πυρηνικά σωματίδια βοηθά τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα την κατασκευή της ύλης από την αρχή, ωστόσο ο χώρος στην καρδιά ενός ατόμου δεν είναι μέρος για λιπόψυχους.
Αν και θεωρητικά είναι δυνατόν να χαρτογραφηθεί η δραστηριότητα των κουάρκ και των αντίθετα φορτισμένων δίδυμων αντικουάρκ τους χρησιμοποιώντας κάτι που είναι γνωστό ως χειρόμορφο μαγνητικό φαινόμενο, στην πράξη το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μέσα σε μια ομίχλη από εκτεθειμένα κουάρκ και γκλουόνια είναι πολύ βραχύβιο για να το δει κανείς, υποκύπτοντας γρήγορα στη ροή των ανταγωνιστικών ρευμάτων.
Μια κατάσταση στην οποία οι φυσικοί πίστευαν ότι θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα εύχρηστο μαγνητικό πεδίο ήταν μια σύγκρουση μεταξύ βαρέων πυρήνων που δεν ήταν απόλυτα στο κέντρο.
Με τη σύγκρουση μεταξύ τους, τα πρωτόνια μέσα στις ογκώδεις δέσμες θα στέλνονταν σπειροειδώς σε μια φορτισμένη δίνη που θα είχε ως αποτέλεσμα ένα ισχυρό μαγνητικό στροβίλισμα – τόσο ισχυρό, που θα μπορούσε να αποδώσει περισσότερα γκάους από ένα αστέρι νετρονίων που τρέμει.
“Αυτά τα γρήγορα κινούμενα θετικά φορτία θα πρέπει να δημιουργούν ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο, που προβλέπεται να είναι 1018 gauss”, λέει ο φυσικός Gang Wang του STAR. “Αυτό είναι πιθανότατα το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο στο Σύμπαν μας”.
Αυτό θα έκανε αυτές τις λάμψεις μαγνητισμού 10.000 φορές ισχυρότερες από το ισχυρότερο magnetar και 10 τετράκις εκατομμύρια φορές ισχυρότερες από τα 100 gauss ενός τυπικού μαγνήτη ψυγείου.
Εκεί που τα magnetars θα μπορούσαν να εκσφενδονίσουν τις μαγνητικές τους δίνες για δεκάδες χιλιάδες χρόνια, αυτές οι εκρήξεις μαγνητισμού που προκαλούνται από πρωτόνια θα διαρκούσαν μόλις δέκα εκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, καθιστώντας αδύνατη οποιαδήποτε ματιά στο ίδιο το πεδίο.
Ωστόσο, η παρουσία του θα γινόταν αισθητή από τα φορτισμένα κουάρκ που απελευθερώνονται από τη σύγκρουση. Ρίχνοντας πυρήνες χρυσού ο ένας στον άλλο σε διάφορες ενέργειες, μαζί με αμοιβαίες συγκρούσεις ρουθηνίου και ζιρκονίου, οι ερευνητές κατάφεραν να κοσκινίσουν τα υπολείμματα και να εντοπίσουν τις διαδρομές που ακολουθούσαν τα σωματίδια που σηματοδοτούσαν την παρουσία του μαγνητικού πεδίου.
Γνωρίζοντας αυτό, μπόρεσαν να μετρήσουν την κατανομή των σωματιδίων με τρόπο που παρείχε σημαντικές λεπτομέρειες σχετικά με την ηλεκτρική αγωγιμότητα του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων.
“Μπορούμε να συμπεράνουμε την τιμή της αγωγιμότητας από τη μέτρηση της συλλογικής κίνησης”, λέει ο Shen. “Ο βαθμός στον οποίο τα σωματίδια εκτρέπονται σχετίζεται άμεσα με την ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και την αγωγιμότητα στο QGP – και κανείς δεν έχει μετρήσει την αγωγιμότητα του QGP στο παρελθόν”.