Universets ursuppe flyder på CERN
Forskere har genskabt universets ursuppe i miniformat ved at kollidere blykerner med ekstrem stor energi i den 27 km lange partikelaccelerator, LHC på CERN ved Genève. Ursuppen er et såkaldt kvark-gluon-plasma, og forskere fra blandt andet Niels Bohr Institutet har målt dens væske-egenskaber med meget stor nøjagtighed ved lhc’s topenergi. Resultaterne er indsendt til Physical Review Letters, som er det videnskabelige top-tidsskrift indenfor kerne- og partikelfysik.
You Zhou, der er postdoc i forskningsgruppen, ALICE på Niels Bohr Institutet har sammen med et lille hold af internationale samarbejdspartnere ledet analysen og målt, hvordan kvark-gluon-plasma flyder og fluktuerer. Det har været en imponerende hurtig analyse af et meget kompliceret fænomen, og de har opnået et bemærkelsesværdigt resultat.
Få milliardtedele af et sekund efter Big Bang bestod universet af en slags ekstrem hed og tæt ursuppe af de fundamentale partikler, især kvarker og gluoner. Den tilstand kaldes kvark-gluon-plasma. Ved at kollidere atomkerner af bly med rekordhøj energi på 5.02 TeV i verdens kraftigste partikelaccelerator, den 27 km lange Large Hadron Collider, LHC på CERN ved Genève, er det nu lykkedes at genskabe den tilstand i ALICE-eksperimentets detektor og måle egenskaberne.
”Analyserne af sammenstødene gør det for første gang muligt at måle de præcise egenskaber af et kvark-gluon-plasma ved den højeste energi nogensinde og afgøre, hvordan det flyder”, fortæller You Zhou, der er postdoc i forskningsgruppen, ALICE på Niels Bohr Institutet. You Zhou har sammen med et lille hurtigtarbejdende hold af internationale samarbejdspartnere ledet analysen af de nye data og målt, hvordan kvark-gluon-plasma flyder og fluktuerer efter den er dannet ved sammenstødene mellem blykerner.
Avancerede målemetoder
Fokus har været på kvark-gluon-plasma’s kollektive egenskaber, der viser, at denne stoftilstand opfører sig mere som en væske end en gas, selv ved de allerhøjeste energitætheder. De nye målinger, der blandt andet anvender nye metoder til at studere korrelationen (sammenhæng) mellem mange partikler, gør det muligt at finde ud af denne eksotiske væskes viskositet med stor præcision.
Figuren viser, hvordan der dannes en aflang lille dråbe kvark-gluon-plasma, når to atomkerner rammer hinanden lidt skævt. Vinkelfordelingen af udsendte partikler gør det muligt at fastlægge kvark-gluon-plasma’ets egenskaber, blandt andet viskositeten. (Credit: State University of New York)
You Zhou forklarer, at den eksperimentelle metode er meget avanceret og bygger på, at når to kuglerunde atomkerner skydes mod hinanden og rammer hinanden lidt skævt, så dannes der kvark-gluon-plasma med en lidt aflang facon, der nærmest minder om en amerikansk fodbold. Det betyder, at trykforskellen mellem centret af denne uhyre varme ’dråbe’ og overfladen er forskellig langs de forskellige akser. Trykforskellen driver stoffets udvidelse og strømning og resulterer i, at der kan måles en karakteristisk variation i antallet af partikler, der produceres i kollisionerne som funktion af vinklen.
Kortlægger ursuppen
”Det er bemærkelsesværdigt, at vi i dag kan udføre så detaljerede målinger på en dråbe ’tidligt univers’, der blot har en radius på cirka en milliontedel af en milliardtedel meter. Resultaterne er fuldt ud i overensstemmelse med fysikkens love om hydrodynamik, altså teorierne om flydende væsker, og det viser, at kvark-gluon-plasmaet opfører sig som en væske. Det er imidlertid en meget speciel væske, da den ikke består af molekyler, som f.eks. vand, men af de fundamentale partikler kvarker og gluoner”, fortæller Jens Jørgen Gaardhøje, professor og leder af ALICE-gruppen på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Jens Jørgen Gaardhøje tilføjer, at de nu er i gang med at kortlægge denne tilstand med stadig voksende præcision - og endnu længere tilbage i tiden.
Jens Jørgen Gaardhøje, professor, leder af forskningsgruppen ALICE, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, +45 3532-5309, +45 2099-5309, gardhoje@nbi.ku.dk
You Zhou, postdoc i forskningsgruppen, ALICE på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, you.zhou@nbi.ku.dk