Konstruera Large Hadron Collider Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Enligt big bang -teorin, för miljarder år sedan omfattade hela universum ett område med noll volym och oändlig densitet. Sedan, detta område utvidgades, fördubblas i storlek hundratals gånger på mindre än en sekund. Under de tidigaste stunderna, universum var fyllt med energi, mycket av det i form av intensiv värme. När universum växte och svalnade, en del av denna energi förvandlas till materia.
När vi pratar om materiens byggstenar, vi brukar koncentrera oss på atomer . Atomer består av en kärnan som innehåller minst en positivt laddad subatomär partikel som kallas a proton . Kärnan kan också innehålla en eller flera neutralt laddade partiklar som kallas neutroner . Negativt laddade partiklar kallas elektroner omger kärnan, rör sig snabbt runt det inom ramen för ett energiskal .
Men i de första stadierna av big bang, atomer kunde inte bildas. Universum var för tätt och varmt. Faktiskt, under de första ögonblicken av den första sekunden av big bang, inte ens protoner och neutroner kunde bildas. Big bang -teoretiker tror att universum var fullt av subatomära partiklar som neutriner , partiklar utan massa, eller kvarker , elementära partiklar som binder samman för att skapa större partiklar som protoner eller neutroner.
Forskare kallar kraften som håller ihop kvarkar för att bilda större partiklar stark kärnkraft . Det är så starkt att under normala omständigheter, vi kan inte observera kvarkar alls. Det beror på att kvarkerna binder ihop så hårt att vi inte lätt kan skilja dem åt. Under många år, det enda beviset på att kvarkar ens existerade kom från matematiska modeller av hur universum fungerar. Modellerna krävde närvaro av partiklar som kvarkar för att få mening.
Idag, forskare har lyckats ta partiklar som protoner och neutroner och bryta ner dem i kvarkar och gluoner - partiklar utan massa som förmedlar kraften mellan kvarker. Kvarkerna och gluonerna förblir separerade i endast bråkdelar av en sekund innan de förfaller, men det är tillräckligt länge för att forskare ska kunna observera dem med kraftfull utrustning.
Hur gör forskare detta, och återskapar de verkligen big bang? Fortsätt läsa för att ta reda på det.
En flygvy från Fermi National Accelerator Laboratory med tillstånd av Fermilab Världen av subatomära partikelstudier är paradoxal. Forskare använder några av världens största maskiner för att studera några av de minsta partiklarna vi känner till. De enheter de använder är extremt sofistikerade och exakta, ändå förlitar de sig på ett nästan våldsamt tillvägagångssätt. Dessa metoder och anordningar gör det möjligt för forskare att få en glimt av hur det tidiga universum kan ha sett ut.
Sättet som forskare ser på de små partiklarna av materia som utgör subatomära partiklar som protoner och neutroner är både elegant och primitivt. De krossar subatomära partiklar mot varandra riktigt hårt och tittar på bitarna som är över. Att göra detta, de måste använda kraftfulla maskiner som kallas partikelacceleratorer .
Partikelacceleratorer skjuter motstrålande strålar av subatomära partiklar som protoner mot varandra. Vissa acceleratorer är cirkulära, medan andra är linjära. De kan vara väldigt stora - cirkulära acceleratorer kan mäta mil i diameter. Acceleratorerna använder magneter för att accelerera protonstrålarna när de färdas genom små rör. När protonstrålarna når en viss hastighet, gaspedalen leder dem in i en kollisionskurs. När partiklarna kolliderar, de bryts sönder i sina komponenter - till exempel kvarker.
Dessa subatomära partiklar sönderfaller i bråkdelar av en sekund. Endast genom att använda kraftfulla datorer kan forskare hoppas kunna upptäcka förekomsten av en kvark. Under 2006, ett team av forskare vid University of California, Riverside rapporterade att det upptäckte en toppkvark , den mest massiva av de sex typerna av kvarker. Teamet hade använt en partikelaccelerator för att orsaka en kollision mellan en proton och en antiproton . De upptäckte närvaron av kvarken efter att den redan hade förfallit. Förfallsprocessen lämnade en identifierbar elektronisk signatur [källa:University of California, Riverside].
Betyder detta att forskare kan återskapa big bang? Inte riktigt. Istället, forskare hoppas att de kan simulera tillståndet för de tidigaste stunderna i universum. Det innebär att skapa en het, tätt område av materia och energi. Genom att studera dessa förhållanden, forskare kanske kan lära sig mer om hur vårt universum utvecklades. Men de kan inte återskapa den period av snabb expansion som vi kallar big bang.
Åtminstone, inte än.
För att lära dig mer om big bang och andra vetenskapliga teorier, ta en titt på länkarna på nästa sida.
Smaker av QuarkForskare kategoriserar kvarkar i sex olika smaker:
Så långt forskare kan avgöra, kvarkar binder bara ihop i kombinationer av två, tre eller fem kvarker. Olika kombinationer av kvarkbindningar skapar olika slags materia.
Läs mer
