Brug af partikelacceleratorer til at undersøge kvark-gluon-plasmaet i spædbarnsuniverset

I de tidlige stadier af universet, kvarker og gluoner blev hurtigt begrænset til protoner og neutroner, som fortsatte med at danne atomer. Med partikelacceleratorer, der når stadig højere energiniveauer, er muligheden for at studere denne flygtige oprindelige tilstand af stof endelig ankommet.

Quark-Gluon Plasma (QGP) er en tilstand af stof, som kun eksisterede i de korteste tider i begyndelsen af ​​universet, hvor disse partikler hurtigt klumpes sammen for at danne de protoner og neutroner, der udgør det daglige stof, der omgiver os. Udfordringen med at forstå denne oprindelige tilstand af stof falder på fysikere, der betjener verdens mest kraftfulde partikelacceleratorer. En ny specialudgave af The European Physical Journal Special Topics med titlen "Quark-Gluon Plasma and Heavy-Ion Phenomenology" redigeret af Munshi G. Mustafa, Saha Institute of Nuclear Physics, Kolkata, Indien, samler syv artikler, der beskriver vores forståelse af QGP og de processer, der transformerede det til det baryoniske stof omkring os på daglig basis.

"Quark-Gluon Plasma er det stærkt interagerende afgrænsede stof, som kun eksisterede kortvarigt i det tidlige univers, få mikrosekunder efter Big Bang, " siger Mustafa. "Opdagelsen og karakteriseringen af ​​egenskaberne ved QGP er fortsat nogle af de bedst orkestrerede internationale indsatser inden for moderne kernefysik." Mustafa fremhæver Heavy Ion Phenomenology som et meget pålideligt værktøj til at bestemme egenskaberne af QGP og især, dynamikken i dens udvikling og afkøling.

Forbedringer af kollidere såsom den relativistiske tunge ion-kollider (RHIC) og den store hadron-kollider (LHC) har radikalt øget de energiniveauer, der kan opnås ved kraftige kernekollisioner ved hastigheder nær lys, hvilket bringer dem på linje med dem i spædbarnsuniverset . Ud over dette, fremtidige eksperimenter på Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) og på den Nuclotron-baserede Ion Collider-facilitet (NICA) vil generere et væld af data om QGP og forholdene i det tidlige univers.

"Denne samling er så aktuel, da den kræver en bedre teoretisk forståelse af partikelegenskaber af varmt og tæt afgrænset stof, som afspejler både statiske og dynamiske egenskaber ved QGP, " forklarer Mustafa. "Denne forbedrede teoretiske forståelse af Quark-Gluon Plasma og Heavy Ion fænomenologi er afgørende for at afdække egenskaberne af den formodede QGP, som optog hele universet, få mikrosekunder efter Big Bang."

Mustafa påpeger, at denne forbedrede forståelse også bør åbne døren til at forstå tilstandsligningen for dette stærkt interagerende stof og forberede platformen til at udforske teorien om kvark-hadron-overgang og den mulige termalisering af QGP. Dette kunne igen hjælpe os med at forstå de trin, der førte fra QGP til det hverdagslige baryoniske stof, der omgiver os.

"Kvarkerne og gluonerne, som dannede neutronerne og protonerne, var indespærret i dem, få mikrosekunder efter Big Bang, " slutter Mustafa. "Det er første gang, vi har set dem blive befriet fra deres evige indespærring!"