CERN kolliderer atomkerner ved ny rekordhøj energi
Verdens kraftigste acceleratoranlæg, den 27 km lange Large Hadron Collider (LHC) ved CERN i Genève gennemførte i dag til formiddag kollisioner mellem atomkerner af bly ved de højeste energier nogensinde. LHC har kollideret protoner ved rekordhøj energi siden sommeren, men nu er turen kommet til at kollidere store atomkerner (Pb, bly-atomkerner består af 208 neutroner og protoner). Det sker blandt andet for at forstå og studere universets ur-tilstand kort efter Big Bang.
En af de allerførste kollisioner mellem to blykerner med brug af LHC top-energien. Energien i tyngdepunktsystemet er på ca.1000 TeV. Det modsvarer 1 PeV (peta-electronVolt, en ny skala, der tages i brug i kollisionsfysik). ALICE detektoren registrerede titusinder af elektrisk ladede partikler i denne kollision. Sporene efter partikler i den centrale del af detektoren er vist med farver svarende til deres masse og art.
Helt i starten af universets levetid - få milliardtedele af et sekund lige efter Big Bang, bestod universet en slags ursuppe af de fundamentale partikler, især kvarker og gluoner, ved ekstrem høj temperatur og tæthed. Denne tilstand kaldes for kvark-gluon-plasma. Cirka en milliontedel sekund efter Big Bang bandt kvarker og gluoner sig sammen og dannede protoner og neutroner, som atomkernerne i universet nu består af.
Den såkaldte stærke kraft, der formidles af gluonerne, binder kvarkerne til hinanden og indespærrer dem under normale forhold i atomernes kernepartikler. Men det er muligt at genskabe en tilstand, hvor en stor mængde kvarker og gluoner optræder som delvist frie (som i en væske) i nøje efterligning af universets tidlige stofstilstand. Det er den tilstand, der nu er realiseret ved den hidtil højeste temperatur i kollisioner af blykerner i LHC-acceleratoren ved CERN.
”Kollisionsenergien mellem to atomkerner når op på 1000 TeV. Det svarer blot til energien af en humlebi, der rammer os på kinden en sommerdag. Men denne energi er koncentreret i et volumen, der er ca. 10-27 (en milliard-milliard-milliarder) gange mindre. Energi-koncentrationen (tætheden) er derfor kolossal og er aldrig realiseret før under jordiske forhold”, fortæller Jens Jørgen Gaardhøje, professor på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet og leder af den danske forskning ved ALICE-eksperimentet på CERN.
Universets ursuppe
Jens Jørgen Gaardhøje forklarer, at formålet er at omdanne atomkernernes enorme bevægelsesenergi til stof i form af et væld af nye partikler (kvarker) og deres antipartikler (anti-kvarker) i efterlevelse af Einstein berømte ligning E=Mc2. Herved skabes - i et flygtigt øjeblik, en lille stofmængde, der består af kvarker, antikvarker, gluoner med mere, og som er over 4000 milliarder grader varm.
De første kollisioner blev registeret med LHC detektorerne, herunder ALICE-eksperimentet, som danske forskere har en fremtrædende rolle i, umiddelbart efter at LHC’s to modsat cirkulerende strålebundter blevet rettet mod hinanden kl. 11.15 i dag.
”Selv om det er for tidligt til, at en egentlig analyse endnu er foretaget, tyder de første kollisioner på, at over 30.000 partikler kan dannes i hver enkelt central kollision mellem to blykerner. Det modsvarer en uhørt høj energitæthed på omkring 20 GeV/fm3, det er over 40 gange protonens energitæthed”, siger Jens Jørgen Gaardhøje.
Den ekstreme energitæthed vil give forskerne mulighed for at udvikle nye og detaljerede modeller for kvark-gluon-plasma’et og for den stærke vekselvirkning, som er den, der binder kvarker og kernestoffet sammen og dermed forstå forholdene i det tidlige univers helt tilbage til en milliardtedel sekund efter Big Bang.
Jens Jørgen Gaardhøje, professor, leder af forskningsgruppen ALICE, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, +45 3532-5309, +45 2099-5309, gardhoje@nbi.ku.dk