Tilstanden i det tidlige univers:Begyndelsen var flydende

Forskere fra Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, og deres kolleger fra det internationale ALICE-samarbejde kolliderede for nylig xenonkerner i den superledende Large Hadron Collider for at få ny indsigt i egenskaberne af kvark-gluon-plasmaet (QGP). QGP er en speciel tilstand bestående af kvarker og de gluoner, der binder kvarkerne sammen. Resultaterne blev offentliggjort i Fysik bogstaver B .

Forskerne erstattede de blyioner, der normalt bruges til kollisioner, med xenonioner. Xenon er et mindre atom med færre nukleoner i sin kerne. Når ioner kolliderer, forskere skaber en ildkugle, der genskaber universets begyndelsesbetingelser ved temperaturer på over flere tusinde milliarder grader. I modsætning til universet, levetiden for dråberne af QGP produceret i laboratoriet er ultrakort, en brøkdel af et sekund (ca. 10 ^-22 sekunder). Under disse forhold, tætheden af ​​kvarker og gluoner er meget høj, og der dannes en særlig stoftilstand, hvor kvarker og gluoner er næsten frie, i den stærkt interagerende QGP-tilstand. Eksperimenterne afslører, at i det øjeblik, før atomer blev dannet i universet, urstof opførte sig som en væske, der kan beskrives ud fra 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 af eksperimenterne, er direkte tilgængelige - men vi vil gerne vide, hvad der skete i begyndelsen af ​​kollisionen og de første øjeblikke efter, " siger du Zhou, postdoc i forskningsgruppen Experimental Subatomic Physics på Niels Bohr Institutet. "Vi har udviklet nye og kraftfulde værktøjer til at undersøge egenskaberne af den lille dråbe QGP, som vi skabte i eksperimenterne."

Forskerne undersøgte den rumlige fordeling af de mange tusinde partikler, der opstod ved kollisionerne, da kvarkerne og gluonerne blev fanget ind i de partikler, som universet består af i dag. Dette afspejler ikke kun den indledende geometri af kollisionen, men er følsom over for QGP'ens egenskaber. Det kan ses som et hydrodynamisk flow. "Transportegenskaberne af kvark-gluonplasmaet vil bestemme den endelige form af skyen af ​​producerede partikler efter kollisionen, så dette er vores måde at nærme sig selve QGP-oprettelsestidspunktet, "Du Zhou siger.

Graden af ​​anisotropisk partikelfordeling - det faktum, at der er flere partikler i bestemte retninger - afspejler tre hovedoplysninger:Den første er kollisionens indledende geometri. Den anden er de forhold, der hersker inde i de kolliderende nukleoner. Den tredje er forskydningsviskositeten af ​​selve kvark-gluonplasmaet. Forskydningsviskositet udtrykker væskens modstand mod strømning, en væsentlig fysisk egenskab ved det skabte stof. "Det er en af ​​de vigtigste parametre til at definere egenskaberne af kvark-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 oprindelige betingelser, bly eller xenon, teorien skal kunne beskrive dem samtidigt. Hvis visse egenskaber ved viskositeten af ​​kvarkgluonplasmaet hævdes, modellen skal beskrive begge datasæt på samme tid, " siger You Zhou. Mulighederne for at få mere indsigt i de faktiske egenskaber af "ursuppen" er således forbedret betydeligt med de nye eksperimenter. Holdet planlægger at kollidere med andre atomsystemer for yderligere at begrænse fysikken, men dette vil kræve betydelig udvikling af nye LHC-bjælker.