Foto av ALICE-detektorn på CERN. Foto med tillstånd av CERN.
Att smala knappt ingenting tillsammans är att föra forskare allt närmare att förstå de konstiga tillstånden av materia som finns bara millisekunder efter skapandet av universum i Big Bang. Detta enligt fysiker från CERN och Brookhaven National Laboratory och presenterade sina senaste resultat på Quark Matter 2012-konferensen i Washington, DC.
Genom att krossa joner av bly tillsammans i CERNs mindre kända ALICE-tungjon-experiment, sade fysiker på måndag att de skapade de hetaste konstgjorda temperaturerna någonsin. På ett ögonblick återskapade CERN-forskare en kvark-gluonplasma - vid temperaturer 38 procent varmare än en tidigare rekord 4-biljoner graders plasma. Denna plasma är en subatomär soppa och det mycket unika tillståndet i materien som tros ha funnits i de tidigaste ögonblicken efter Big Bang. Tidigare experiment har visat att dessa speciella sorter av plasma uppför sig som perfekta, friktionsfria vätskor. Denna upptäckt innebär att fysiker studerar den tätaste och hetaste materien som någonsin skapats i ett laboratorium; 100 000 gånger varmare än vår sols inre och tätare än en neutronstjärna.
CERNs forskare kommer just från sitt tillkännagivande i juli om upptäckten av den svårfångade Higgs boson.
”Fältet för tungjonfysik är avgörande för att undersöka egenskaperna hos materien i det primordiala universum, en av de viktigaste frågorna i grundläggande fysik som LHC och dess experiment är utformade för att ta itu med. Det illustrerar hur förutom undersökningen av den nyligen upptäckta Higgs-liknande boson, fysiker vid LHC studerar många andra viktiga fenomen i både proton – proton och bly-bly-kollisioner, ”säger CERNs generaldirektör Rolf Heuer.
Enligt ett pressmeddelande hjälper resultaten forskarna att förstå "utvecklingen av hög densitet, starkt samverkande materia i både rum och tid."
Samtidigt säger forskare vid Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) att de har observerat det första glimtet av en möjlig gräns som skiljer vanligt material, sammansatt av protoner och neutroner, från den heta primordiala plasman av kvarkar och gluoner i det tidiga universum. Precis som vatten finns i olika faser, fast, flytande eller ånga beroende på temperatur och tryck, RHIC-fysiker tar upp gränsen där vanligt material börjar bildas från kvarkgluonplasma genom att krossa guldjoner tillsammans. Forskare är fortfarande inte säkra på var de ska rita gränslinjerna, men RHIC tillhandahåller de första ledtrådarna.
Kärnorna i dagens vanliga atomer och den ursprungliga kvark-gluonplasma, eller QGP, representerar två olika faser av materia och samverkar på det mest grundläggande av naturens krafter. Dessa interaktioner beskrivs i en teori som kallas kvantekromodynamik eller QCD. Resultat från RHIC: s STAR och PHENIX visar att de perfekta vätskegenskaperna i kvarkgluonplasma dominerar vid energier över 39 miljarder elektron volt (GeV). När energin sprids börjar växelverkan mellan kvarkar och protoner och neutroner av vanlig materia att dyka upp. Att mäta dessa energier ger forskare skyltar som pekar på tillvägagångssättet för en gräns mellan vanligt ämne och QGP.
"Den kritiska slutpunkten, om den existerar, inträffar vid ett unikt värde på temperatur och densitet utöver vilket QGP och vanlig materia kan samexistera," sade Steven Vigdor, Brookhavens associerade laboratoriedirektör för kärn- och partikelfysik, som leder RHIC-forskningsprogrammet . "Det är analogt med en kritisk punkt utöver vilken flytande vatten och vattenånga kan samexistera i termisk jämvikt, sade han.
Medan Brookhavens partikelaccelerator inte kan matcha CERN: s temperaturinställningar för inspelning, säger forskare vid U.S.s energiavdelningslaboratorium att maskinen kartlägger "sweet spot" i denna fasövergång.
Bildtexter: Kärnfasdiagrammet: RHIC sitter i energin "sweet spot" för att utforska övergången mellan vanligt material gjord av hadroner och det tidiga universummaterialet som kallas quark-gluon plasma. Med tillstånd av U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory.
John Williams är en vetenskapsförfattare och ägare av TerraZoom, en Colorado-baserad webbutvecklingsbutik som specialiserat sig på kartläggning av webben och online-bildzoom. Han skriver också den prisbelönta bloggen, StarryCritters, en interaktiv webbplats som ägnas åt att titta på bilder från NASAs stora observatorier och andra källor på ett annat sätt. Hans tidigare bidragande redaktör för Final Frontier, och hans arbete har dykt upp i Planetary Society Blog, Air & Space Smithsonian, Astronomy, Earth, MX Developer's Journal, The Kansas City Star och många andra tidningar och tidskrifter.
