Fysikere opprettet tre forskjellige former for kvark-gluon plasmaklatter ved hjelp av Relativistic Heavy Ion Collider ved Brookhaven National Laboratory. Dette plasmaet er en eksotisk type materie som fylte universet i de første millisekundene etter Big Bang.
(Bilde: © Javier Orjuela Koop)
For det første splittelsekundet etter Big Bang var universet ikke annet enn en ekstremt varm "suppe" av kvarker og gluoner - subatomære partikler som ville bli byggesteinene til protoner og nøytroner. Nå, 13,8 milliarder år senere, har forskere laget denne primærsoppen på et laboratorium på nytt.
Ved å bruke den relativistiske Heavy Ion Collider ved Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, genererte fysikere små dråper av dette quark-gluon-plasmaet ved å knuse sammen forskjellige kombinasjoner av protoner og nøytroner. Under disse krasjene brøt kvarkene og gluonene som utgjorde protonene og nøytronene seg fri og oppførte seg som en væske, fant forskerne.
Avhengig av hvilken kombinasjon av partikler forskerne smadret sammen, dannet de bittesmå, væskelignende jordklodene en av tre forskjellige geometriske former: sirkler, ellipser eller trekanter. [Bilder: Peering Back to the Big Bang & Early Universe]
"Vårt eksperimentelle resultat har brakt oss mye nærmere å svare på spørsmålet om hva som er den minste mengden tidlig universmateriale som kan eksistere," sa Jamie Nagle, en fysiker ved University of Colorado Boulder som deltok i studien, i en uttalelse.
Quark-gluon-plasma ble først opprettet på Brookhaven i 2000, da forskere knuste sammen kjernene med gullatomer. Da trosset forskere ved Large Hadron Collider i Genève forventningene da de skapte plasmaet ved å knuse to protoner sammen. "Det var overraskende fordi de fleste forskere antok at ensomme protoner ikke kunne levere nok energi til å lage noe som kunne flyte som en væske," sa tjenestemenn i UC Boulder i uttalelsen.
Nagle og kollegene bestemte seg for å teste de flytende egenskapene til denne eksotiske tilstanden ved å lage små klatter av den. Hvis plasmaet virkelig oppfører seg som en væske, burde de små klodene kunne holde formen, spådde forskerne.
"Se for deg at du har to dråper som utvides til et vakuum," sa Nagle. "Hvis de to dråpene er veldig nær hverandre, når de utvider seg, løper de inn i hverandre og skyver mot hverandre, og det er det som skaper dette mønsteret."
"Med andre ord, hvis du kaster to steiner i et tjern tett sammen, vil krusningene fra påvirkningene strømme inn i hverandre og danne et mønster som ligner en ellipse," sa UC Boulder-tjenestemenn. "Det samme kan være sant hvis du knuste et proton-nøytronpar, kalt et deuteron, til noe større ... På samme måte kan en proton-proton-nøytrontrio, også kjent som et helium-3-atom, utvide seg til noe lignende til en trekant. "
Ved å ramme disse forskjellige kombinasjonene av protoner og nøytroner i gullatomer nær lysets hastighet, var forskerne i stand til å gjøre nøyaktig det de håpet: lage elliptiske og trekantede klatter av kvark-gluonplasma. Da forskerne knuste et enkelt proton inn i gullatomet, var resultatet en sirkulær klatt av den primære suppen.
Disse kortvarige dråpene med quark-gluon plasma nådde temperaturer på billioner grader celsius. Forskere tror at å studere denne typen materier "kan hjelpe teoretikere med å forstå hvordan universets opprinnelige quark-gluon-plasma avkjølte seg over millisekunder og fødte de første atomene som eksisterte," sa UC Boulder-tjenestemenn.
Resultatene fra denne studien ble publisert 10. desember i tidsskriftet Nature Physics.
