CERN: n fyysikot väittävät, että he onnistuivat vahingossa luomaan suuressa hadronin kolareissa (LHC) kvarki-gluoniplasman, joka on Ison räjähdyksen aihe. Näiden kokeiden tulokset julkaistiin Nature Physics -lehdessä.
”Olemme erittäin tyytyväisiä tähän havaintoon. Meillä on uusi mahdollisuus tutkia ainetta sen alkutilassa. Kyky tutkia kvargi-gluoniplasmaa yksinkertaisemmissa ja helpommissa olosuhteissa, kuten protonien törmäyksissä, avaa meille aivan uuden ulottuvuuden siitä, kuinka voimme tutkia kuinka maailmankaikkeus käyttäytyi Ison räjähdyksen aikana ja ennen sitä”, sanoi Federico Antinori (Federcio Antinori), LICE: n ALICE-yhteistyön virallinen edustaja.
Niin kutsuttu kvarki-gluoniplasma tai "quagma" on aine, "purettu" pieniksi hiukkasiksi - kvarkeiksi ja gluoneiksi, joita yleensä pidetään protonien, neutronien ja muiden hiukkasten sisällä voimakkaiden ydinvuorovaikutusten avulla. Kvarkkien ja gluonien "vapauttamiseen" tarvitaan jättimäisiä lämpötiloja ja energioita, jotka, kuten tutkijat uskovat nykyään, olivat luonnossa olemassa vain Ison räjähdyksen aikaan.
Noin kymmenen vuotta sitten fyysikot huomasivat, että sellaiset olosuhteet voidaan luoda törmäämällä riittävän raskaita ioneja toisiinsa tehokkaita hiukkaskiihdyttimiä käyttämällä. Pitkäksi aikaa tutkijat uskoivat, että quagmaa ei voida saada millään muulla tavalla, mutta viime vuonna he näkivät ensimmäiset merkit siitä, että näin ei ollut, kun he tutkivat viimeisimpien CMS-ilmaisimen kokeiden tuloksia LHC: ssä. Kävi ilmi, että "maailmankaikkeuden primaarinen aine" muodostuu yksittäisten protonien ja lyijyionien törmäyksistä.
Antinori ja hänen kollegansa havaitsivat, että eräänlainen quagma-analogi esiintyy myös silloin, kun protonit törmäävät toisiinsa, tutkimalla tietoja, jotka ALICE-ilmaisin on kerännyt LHC: n uudelleenkäynnistyksen jälkeen huhtikuussa 2015 nykypäivään.
Protonit ja neutronit koostuvat kahdentyyppisistä alaatomisista hiukkasista - "alas" (d) ja "ylös" (u) kvarkeista. Kvarkeja on neljä muuta tyyppiä: ihastuttava (b), lumoava (©), outo (t) ja tosi (t). Ne muodostavat perustan eksoottisille ainemuodoille, eikä niitä ole luonnossa vakaassa muodossa. Kuten tutkijat sanovat, kaikki nämä kvarkit voivat muodostua vain "vapaiden" gluonien läsnäollessa kvarki-gluoniplasman sisällä.
Kuten ALICE: n havainnot osoittivat, protonien törmäys toisiinsa johti usein kvarkkigluoniplasman mikroskooppisten "pilvien" esiintymiseen - tuhoutuneiden protonien kvarkkien ja gluonien "keittoon", kuumennettuna kuvittelemattoman korkeisiin lämpötiloihin - noin neljä biljoonaa celsiusastetta. Sen jäljet hiukkasten muodossa, jotka sisälsivät ns. Outoja kvarkeja, havaitsivat ilmaisimessa suurina määrinä.
Mielenkiintoista on, että hiukkaset, joissa oli suuri määrä "outoja" kvarkeja, esiintyivät useammin kuin muut protonien aiheuttamat törmäykset. Tutkijoiden mielestä tämä osoittaa heidän syntymänsä epätavalliset olosuhteet, jotka liittyvät olosuhteisiin, jotka hallitsivat kvarki-gluoniplasman sisällä sen muodostumisen ajankohtana.
Mainosvideo:
Tämä viittaa heidän mielestään siihen, että "quagman" ominaisuuksia voidaan tutkia käyttämällä fyysikoille "sopivia" protonien törmäyksiä pikemminkin kuin monimutkaisia raskaita ioneja, mikä vie meidät lähemmäs ymmärrystä siitä, miltä maailmankaikkeus näytti ennen isoa iskua ja sen aikana.