Fysiker skapade tre olika former av kvark-gluonplasmavlopp med hjälp av Relativistic Heavy Ion Collider vid Brookhaven National Laboratory. Denna plasma är en exotisk typ av materia som fyllde universum under de första millisekunderna efter Big Bang.
(Bild: © Javier Orjuela Koop)
Under den första delningen efter Big Bang var universum inget annat än en extremt het "soppa" av kvarkar och gluoner - subatomära partiklar som skulle bli byggstenarna för protoner och neutroner. Nu, 13,8 miljarder år senare, har forskare skapat den här ursprungliga soppan på ett laboratorium.
Med hjälp av Relativistic Heavy Ion Collider vid Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, genererade fysiker små droppar av denna kvark-gluonplasma genom att krossa samman olika kombinationer av protoner och neutroner. Under dessa kraschar bröt kvarkarna och gluonerna som utgjorde protonerna och neutronerna fritt och uppförde sig som en vätska, fann forskarna.
Beroende på vilken kombination av partiklar som forskarna krossade ihop, bildade de små, vätskeformiga jordklotarna i en av tre distinkta geometriska former: cirklar, ellipser eller trianglar. [Bilder: Peering Back to the Big Bang & Early Universe]
"Vårt experimentella resultat har fört oss mycket närmare att svara på frågan om vad som är den minsta mängden tidigt universumämne som kan existera," sade Jamie Nagle, en fysiker vid University of Colorado Boulder som deltog i studien, i ett uttalande.
Quark-gluonplasmas skapades först vid Brookhaven år 2000, då forskare krossade kärnorna i guldatomer. Sedan trotsade forskare vid Large Hadron Collider i Genève förväntningarna när de skapade plasma genom att krossa två protoner ihop. "Det var förvånande eftersom de flesta forskare antog att ensamma protoner inte kunde leverera tillräckligt med energi för att göra något som kan rinna som en vätska," sade UC Boulder-tjänstemän i uttalandet.
Nagle och hans kollegor bestämde sig för att testa vätskegenskaperna i detta exotiska tillstånd av materia genom att skapa små kulor av det. Om plasmat verkligen beter sig som en vätska, borde de små jordklotterna kunna hålla sin form, förutspådde forskarna.
"Föreställ dig att du har två droppar som expanderar till ett vakuum," sa Nagle. "Om de två dropparna är riktigt nära varandra, då de expanderar, stöter de på varandra och pressar mot varandra, och det är det som skapar detta mönster."
"Med andra ord, om du kastar två stenar i ett damm nära varandra kommer krusningarna från dessa stötar att rinna in i varandra och bilda ett mönster som liknar en ellips," sade UC Boulder-tjänstemän. "Samma sak kan vara sant om du krossade ett proton-neutronpar, kallad en deuteron, till något större ... På samma sätt kan en proton-proton-neutrontrio, även känd som en helium-3-atom, expanderas till något liknande till en triangel. "
Genom att rama dessa olika kombinationer av protoner och neutroner i guldatomer nära ljusets hastighet kunde forskarna göra exakt vad de hoppades: skapa elliptiska och triangulära klatter av kvark-gluonplasma. När forskarna krossade en enda proton i guldatomen var resultatet en cirkulär klump av den primordiala soppen.
Dessa kortlivade droppar av kvark-gluonplasma nådde temperaturer på biljoner grader Celsius. Forskare tror att studier av denna typ av materia "skulle kunna hjälpa teoretiker att bättre förstå hur universums ursprungliga kvark-gluonplasma kyldes över millisekunder och födde de första atomerna som fanns", sade UC Boulder-tjänstemän.
Resultaten av denna studie publicerades 10 december i tidskriften Nature Physics.
