Foto af ALICE-detektoren ved CERN. Foto med tilladelse fra CERN.
At smække næsten intet sammen bringer videnskabsfolk stadig tættere på at forstå de underlige tilstande af materie, der er til stede bare millisekunder efter oprettelsen af universet i Big Bang. Dette ifølge fysikere fra CERN og Brookhaven National Laboratory, der præsenterer deres seneste konklusioner på Quark Matter 2012-konferencen i Washington, DC.
Ved at knuse ioner af bly sammen i CERNs mindre kendte ALICE-tungeion-eksperiment, sagde fysikere mandag, at de skabte de hotteste menneskeskabte temperaturer nogensinde. På et øjeblik genskabte CERN-forskere et kvark-gluon-plasma - ved temperaturer 38 procent varmere end en tidligere rekord-trillionsgrad plasma. Dette plasma er en subatomisk suppe, og den meget unikke stoftilstand, der menes at have eksisteret i de tidligste øjeblikke efter Big Bang. Tidligere eksperimenter har vist, at disse særlige sorter af plasma opfører sig som perfekte, friktionsfri væsker. Denne konstatering betyder, at fysikere studerer det tætteste og hotteste stof nogensinde skabt i et laboratorium; 100.000 gange varmere end det indre af vores sol og tættere end en neutronstjerne.
CERNs videnskabsmænd er lige kommet ud af deres juli-meddelelse om opdagelsen af den svigagtige Higgs-boson.
”Feltet med tungionfysik er afgørende for at undersøge egenskaberne for stof i det primordiale univers, et af de vigtigste spørgsmål i den grundlæggende fysik, som LHC og dens eksperimenter er designet til at tackle. Det illustrerer, hvordan ud over undersøgelsen af den for nylig opdagede Higgs-lignende boson studerer fysikere ved LHC mange andre vigtige fænomener i både proton – proton og bly-bly-kollisioner, ”sagde CERNs generaldirektør Rolf Heuer.
Ifølge en pressemeddelelse hjælper resultaterne forskere med at forstå "udviklingen af høj tæthed, stærkt interagerende stof i både rum og tid."
I mellemtiden siger forskere ved Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), at de har set det første glimt af en mulig grænse, der adskiller almindeligt stof, sammensat af protoner og neutroner, fra den varme primordiale plasma af kvarker og gluoner i det tidlige univers. Ligesom vand findes i forskellige faser, fast stof, væske eller damp, afhængigt af temperatur og tryk, løsner RHIC-fysikere grænsen, hvor almindeligt stof begynder at dannes fra quarkgluonplasmaet ved at smadre guldioner sammen. Videnskabsmænd er stadig ikke sikre på, hvor de skal tegne grænselinjerne, men RHIC leverer de første spor.
Kernerne i dagens almindelige atomer og det primordiale quark-gluon-plasma eller QGP repræsenterer to forskellige faser af stof og interagerer på det mest basale af naturens kræfter. Disse interaktioner er beskrevet i en teori, der er kendt som kvante-kromodynamik eller QCD. Resultater fra RHICs STAR og PHENIX viser, at de perfekte væskeegenskaber af kvarkgluonplasma dominerer ved energier over 39 milliarder elektron volt (GeV). Når energien spredes, begynder interaktioner mellem kvarker og protoner og neutroner af almindeligt stof at vises. Måling af disse energier giver forskere skiltninger, der peger på tilgangen til en grænse mellem almindeligt stof og QGP.
”Det kritiske slutpunkt, hvis det eksisterer, forekommer ved en unik værdi af temperatur og tæthed, ud over hvilken QGP og almindeligt stof kan eksistere,” sagde Steven Vigdor, Brookhavens Associated Laboratory Director for Nuclear and Particle Physics, der leder RHIC-forskningsprogrammet . ”Det er analogt med et kritisk punkt, ud over hvilket flydende vand og vanddamp kan eksistere i termisk ligevægt, sagde han.
Mens Brookhavens partikelaccelerator ikke kan matche CERNs temperaturindstillede temperaturforhold, siger forskere ved U.S.A.s energiafdelingslaboratorium, at maskinen kortlægger det "søde sted" i denne faseovergang.
Billedtekst: Det nukleare fasediagram: RHIC sidder i energien ”sweet spot” for at udforske overgangen mellem almindeligt stof lavet af hadroner og det tidlige universmateriale kendt som quark-gluon plasma. Med tilladelse fra U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory.
John Williams er videnskabsforfatter og ejer af TerraZoom, en Colorado-baseret webudviklingsbutik med speciale i webkort og online billedzoomer. Han skriver også den prisvindende blog, StarryCritters, et interaktivt sted, der er viet til at se på billeder fra NASAs store observatorier og andre kilder på en anden måde. En tidligere bidragydende redaktør for Final Frontier, hans arbejde er vist i Planetary Society Blog, Air & Space Smithsonian, Astronomy, Earth, MX Developer's Journal, The Kansas City Star og mange andre aviser og magasiner.
