Det tidlige univers var et flydende kvark-gluonplasma

Forskere fra Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, og deres kolleger fra det internationale ALICE -samarbejde kolliderede for nylig xenonkerner, for at få ny indsigt i egenskaberne ved Quark-Gluon Plasma (QGP)-den sag, som universet bestod af op til et mikrosekund efter Big Bang. QGP, som navnet antyder, er en særlig tilstand, der består af de grundlæggende partikler, kvarkerne, og partiklerne, der binder kvarkerne sammen, gluonerne. Resultatet blev opnået ved hjælp af ALICE -eksperimentet ved den 27 km lange superledende Large Hadron Collider (LHC) ved CERN. Resultatet er nu offentliggjort i Fysik bogstaver B .

Partikelfysikerne ved Niels Bohr Institute har opnået nye resultater, arbejder med LHC, udskiftning af blyioner bruges normalt til sammenstød, med Xenon-ioner. Xenon er et "mindre" atom med færre nukleoner i kernen. Når ioner støder sammen, forskerne skaber en ildkugle, der genskaber universets indledende forhold ved temperaturer over flere tusinde milliarder grader. I modsætning til universet, levetiden for dråberne af QGP produceret i laboratoriet er ultra kort, en brøkdel af et sekund (teknisk set, kun omkring 10 ^-22 sekunder). Under disse betingelser er tætheden af ​​kvarker og gluoner meget stor, og der dannes en særlig tilstand af stof, hvor kvarker og gluoner er kvasi-frie (kaldet stærkt interagerende QGP). Eksperimenterne afslører, at det oprindelige stof, øjeblikket før atomer dannedes, opfører sig som en væske, der kan beskrives i form af hydrodynamik.

”En af de udfordringer, vi står over for, er, at ved kraftige ionkollisioner, kun informationen om den endelige tilstand af de mange partikler, som detekteres ved forsøgene, er direkte tilgængelig - men vi vil gerne vide, hvad der skete i begyndelsen af ​​kollisionen og de første øjeblikke bagefter, "Du Zhou, Postdoc i forskningsgruppen Experimental Subatomic Physics ved Niels Bohr Institute, forklarer. "Vi har udviklet nye og kraftfulde værktøjer til at undersøge egenskaberne ved den lille dråbe QGP (tidlige univers), som vi skaber i eksperimenterne." De stoler på at studere den rumlige fordeling af de mange tusinde partikler, der kommer fra kollisionerne, når kvarkerne og gluonerne er blevet fanget i de partikler, som universet består af i dag. Dette afspejler ikke kun den indledende geometri af kollisionen, men er følsom over for egenskaberne ved QGP. Det kan ses som en hydrodynamisk strømning. "Transportegenskaberne af Quark-Gluon Plasma bestemmer den endelige form af skyen af ​​producerede partikler, efter sammenstødet, så dette er vores måde at nærme sig tidspunktet for selve QGP -oprettelsen, "Du Zhou siger.

To hovedingredienser i suppen:Geometri og viskositet

Graden af ​​anisotrop partikelfordeling - det faktum, at der er flere partikler i bestemte retninger - afspejler tre hovedoplysninger:Den første er, som sagt, den indledende geometri af kollisionen. Den anden er de forhold, der hersker inde i de kolliderende nukleoner. Den tredje er forskydningsviskositeten af ​​selve Quark-Gluon Plasma. Forskydningsviskositet udtrykker væskens modstand mod strømning, en vigtig fysisk egenskab ved sagen, der er skabt. "Det er en af ​​de vigtigste parametre for at definere egenskaberne af Quark-Gluon Plasma, "Du Zhou forklarer, "fordi det fortæller os, hvor stærkt gluonerne binder kvarkerne sammen".

"Med de nye Xenon -kollisioner, vi har sat meget snævre begrænsninger på de teoretiske modeller, der beskriver resultatet. Uanset de indledende betingelser, Bly eller Xenon, teorien skal kunne beskrive dem samtidigt. Hvis der påstås visse egenskaber ved kvarkgluonplasmaets viskositet, modellen skal beskrive begge datasæt på samme tid, siger You Zhou. Mulighederne for at få mere indsigt i de "oprindelige suppers" faktiske egenskaber forstærkes således betydeligt med de nye forsøg. Teamet planlægger at kollidere andre nukleare systemer for yderligere at begrænse fysikken, men dette vil kræve betydelig udvikling af nye LHC -bjælker.

"Dette er en samarbejdsindsats inden for det store internationale ALICE Collaboration, bestående af mere end 1800 forskere fra 41 lande og 178 institutter. "Du Zhou understregede.