Medan magnet terkuat di

Ada tempat-tempat di ruang angkasa di mana materi berubah bentuk dengan sangat cepat sehingga magnetisme tumbuh menjadi kekuatan yang tak terbayangkan. Inti bintang neutron yang sangat dinamis yang dipadatkan secara gravitasi ini, yang dikenal sebagai magnetar, memusatkan medan magnet hingga kekuatan sekitar 100 triliun gauss.

Namun, mungkin ada zona di Bumi di mana kantong-kantong kecil magnet berkelap-kelip dengan kekuatan yang jauh melebihi monster kosmik ini.

Analisis interaksi partikel pada Relativistic Heavy Ion Accelerator (RHIC) di Laboratorium Nasional Brookhaven Departemen Energi AS (DOE) telah menemukan jejak rekaman medan magnet yang tercetak dalam hujan material yang bertabrakan oleh inti berbagai ion berat. .

Dengan mengukur pecahan partikel quark dan gluon yang lebih kecil yang dilepaskan oleh tumbukan di luar pusat, fisikawan telah memperoleh wawasan tentang gaya yang bekerja jauh di dalam atom.

Kesan seniman tentang tumbukan ion besar yang menciptakan medan elektromagnetik yang sangat kuat. (Tiffany Bowman dan Jen Abramowitz/Laboratorium Nasional Brookhaven)

“Ini adalah pengukuran pertama tentang bagaimana medan magnet berinteraksi dengan plasma quark-gluon (QGP),” kata Diyu Shen, fisikawan dari Solenoidal Tracker di kolaborasi RHIC (STAR) di DOE.

Quark adalah partikel fundamental yang masuk dan keluar dari badai salju kuantum, interaksinya diatur oleh partikel gluon berumur pendek yang mengikat badai quark dan antiquark dengan proton dan neutron yang menyusun semua atom.

Mengetahui bagaimana quark dan antiquark bersembunyi dan tenggelam selama hidup singkat mereka di dalam partikel nuklir membantu fisikawan lebih memahami konstruksi materi dari bawah ke atas, namun ruang di jantung atom bukanlah tempat bagi orang yang lemah hati.

Meskipun secara teoritis dimungkinkan untuk memetakan aktivitas quark dan kembaran antiquark yang bermuatan berlawanan menggunakan sesuatu yang dikenal sebagai efek magnet kiral, dalam praktiknya medan elektromagnetik dalam kabut quark dan gluon yang terpapar terlalu pendek untuk dilihat sekilas dan dengan cepat mati. terhadap fluks arus yang bersaing.

Salah satu situasi di mana fisikawan mengira medan magnet praktis dapat dihasilkan adalah ketika terjadi tumbukan antara inti atom berat yang letaknya tidak tepat di pusatnya.

Dengan saling memotong, proton-proton dalam gugusan masif akan terlempar dalam pusaran bermuatan, menghasilkan pusaran magnet yang sangat kuat—begitu kuatnya sehingga mampu menghasilkan lebih banyak gauss daripada bintang neutron yang bergetar.

“Muatan positif yang bergerak cepat ini seharusnya menghasilkan medan magnet yang sangat kuat, diperkirakan sebesar 1018 gauss,” kata fisikawan STAR Gang Wang.

“Ini mungkin medan magnet terkuat di alam semesta kita.”

Hal ini akan membuat kilatan magnet ini 10.000 kali lebih kuat dari magnetar terkuat dan 10 kuadriliun kali lebih kuat dari 100 gauss magnet kulkas pada umumnya.

Ketika magnetar memuntahkan pusaran magnetnya selama puluhan ribu tahun, ledakan magnetisme yang dipicu oleh proton ini hanya akan berlangsung sepersepuluh juta dari sepersejuta miliar detik, sehingga mustahil melihat medan magnet itu sendiri secara sekilas.

Namun kehadirannya masih dapat dirasakan oleh quark bermuatan yang dilepaskan akibat tumbukan.

Detektor STAR dengan gambar yang ditumpangkan menunjukkan jejak partikel dari tabrakan langsung emas-emas berenergi tinggi. (Roger Stoutenburgh dan Jen Abramowitz/Laboratorium Nasional Brookhaven)

Dengan melemparkan inti emas satu sama lain dengan energi berbeda bersamaan dengan tumbukan rutenium dan zirkonium, para ilmuwan mampu menyaring residu dan mengidentifikasi jalur yang diambil oleh partikel yang menunjukkan adanya medan magnet.

Mengetahui hal ini, mereka dapat mengukur distribusi partikel dengan cara yang memberikan rincian penting tentang konduktivitas listrik plasma quark-gluon.

“Kami dapat memperoleh nilai konduktivitas dari pengukuran gerakan kolektif,” kata Shen.

“Sejauh mana partikel dibelokkan berhubungan langsung dengan kekuatan medan elektromagnetik dan konduktivitas di QGP – dan belum ada yang mengukur konduktivitas QGP sebelumnya.”

Penelitian ini dipublikasikan di Gambaran fisik X.