Fysikere skabte tre forskellige former for quark-gluon-plasmasker ved hjælp af Relativistic Heavy Ion Collider på Brookhaven National Laboratory. Dette plasma er en eksotisk type stof, der fyldte universet i de første millisekunder efter Big Bang.
(Billede: © Javier Orjuela Koop)
I det første sekund efter Big Bang var universet intet andet end en ekstremt varm "suppe" af kvarker og gluoner - subatomære partikler, der ville blive byggestenene til protoner og neutroner. Nu, 13,8 milliarder år senere, har forskere gendannet denne primærsuppe på et laboratorium.
Ved hjælp af den relativistiske Heavy Ion Collider ved Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, genererede fysikere små dråber af dette quark-gluon-plasma ved at slå sammen forskellige kombinationer af protoner og neutroner. Under disse styrt brød kvarkerne og gluonerne, der udgjorde protoner og neutroner, fri og opførte sig som en væske, fandt forskerne.
Afhængig af hvilken kombination af partikler forskerne smadrede sammen, dannede de små, væskelignende kloder af plasma en af tre forskellige geometriske former: cirkler, ellipser eller trekanter. [Billeder: Kigger tilbage til Big Bang & Early Universe]
"Vores eksperimentelle resultat har bragt os meget tættere på at besvare spørgsmålet om, hvad der er den mindste mængde af tidligt universmateriale, der kan eksistere," sagde Jamie Nagle, en fysiker ved University of Colorado Boulder, der deltog i undersøgelsen, i en erklæring.
Quark-gluon-plasmer blev først oprettet i Brookhaven i 2000, da forskere knuste sammen kernerne i guldatomer. Derefter trodsede videnskabsmænd ved Large Hadron Collider i Genève forventningerne, da de skabte plasmaet ved at knuse to protoner sammen. "Det var overraskende, fordi de fleste forskere antog, at ensomme protoner ikke kunne levere nok energi til at fremstille noget, der kunne flyde som en væske," sagde UC Boulder-embedsmænd i erklæringen.
Nagle og hans kolleger besluttede at teste de flydende egenskaber ved denne eksotiske stofstilstand ved at skabe små kloder af det. Hvis plasmaet virkelig opfører sig som en væske, skulle de små kloder være i stand til at holde deres form, forudsagde forskerne.
"Forestil dig, at du har to dråber, der udvides til et vakuum," sagde Nagle. "Hvis de to dråber er virkelig tæt på hinanden, så når de udvides, løber de ind i hinanden og skubber mod hinanden, og det er det, der skaber dette mønster."
"Med andre ord, hvis du kaster to sten i en dam tæt på hinanden, vil krusningerne fra disse påvirkninger flyde ind i hinanden og danne et mønster, der ligner en ellipse," sagde UC Boulder-embedsmænd. "Det samme kunne være tilfældet, hvis du smadrede et proton-neutronpar, kaldet et deuteron, til noget større ... Ligeledes kan et proton-proton-neutrontrio, også kendt som et helium-3 atom, udvides til noget lignende til en trekant. "
Ved at ramme disse forskellige kombinationer af protoner og neutroner i guldatomer tæt på lysets hastighed, var forskerne i stand til at gøre nøjagtigt, hvad de håbede: skabe elliptiske og trekantede klatter af quark-gluon plasma. Da forskerne knuste en enkelt proton ind i guldatomet, blev resultatet en cirkulær klat af den primære suppe.
Disse kortvarige dråber af quark-gluon plasma nåede temperaturer på billioner af grader Celsius. Forskere mener, at studere denne type stof "kunne hjælpe teoretikere med at forstå, hvordan universets originale quark-gluon-plasma afkøles over millisekunder og fødte de første atomer, der eksisterede," sagde UC Boulder-embedsmænd.
Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort 10. december i tidsskriftet Nature Physics.
