Forskare från Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, och deras kollegor från det internationella ALICE -samarbetet kolliderade nyligen xenonkärnor, för att få ny inblick i egenskaperna hos Quark-Gluon Plasma (QGP)-frågan som universum bestod av upp till en mikrosekund efter Big Bang. QGP, som namnet antyder, är ett speciellt tillstånd som består av de grundläggande partiklarna, kvarkerna, och partiklarna som binder kvarkerna samman, gluonerna. Resultatet erhölls med hjälp av ALICE -experimentet vid den 27 km långa superledande Large Hadron Collider (LHC) vid CERN. Resultatet publiceras nu i Fysikbokstäver B .

Partikelfysikerna vid Niels Bohr Institute har fått nya resultat, arbetar med LHC, byte av blyjoner, brukar användas vid kollisioner, med Xenon-joner. Xenon är en "mindre" atom med färre nukleoner i kärnan. När joner kolliderar, forskarna skapar en eldboll som återskapar universums initiala förhållanden vid temperaturer som överstiger flera tusen miljarder grader. I motsats till universum, livslängden för dropparna av QGP som produceras i laboratoriet är extremt kort, en bråkdel av en sekund (Tekniskt sett, bara ca 10 ^-22 sekunder). Under dessa förhållanden är densiteten av kvarker och gluoner mycket stor och ett speciellt tillståndstillstånd bildas där kvarker och gluoner är kvasifria (kallade starkt interagerande QGP). Experimenten avslöjar att urmaterialet, ögonblicket innan atomer bildades, beter sig som en vätska som kan beskrivas i termer av hydrodynamik.

"En av utmaningarna vi står inför är att, vid kraftiga jonkollisioner, bara informationen om sluttillståndet för de många partiklarna som detekteras av experimenten är direkt tillgänglig - men vi vill veta vad som hände i början av kollisionen och de första ögonblicken efteråt, "Du Zhou, Postdoc i forskargruppen Experimental Subatomic Physics vid Niels Bohr Institute, förklarar. "Vi har utvecklat nya och kraftfulla verktyg för att undersöka egenskaperna hos den lilla droppen QGP (tidigt universum) som vi skapar i experimenten." De förlitar sig på att studera den rumsliga fördelningen av de många tusentals partiklar som kommer från kollisionerna när kvarkerna och gluonerna har fastnat i de partiklar som universum består av idag. Detta återspeglar inte bara kollisionens initiala geometri, men är känslig för egenskaperna hos QGP. Det kan ses som ett hydrodynamiskt flöde. "Transportegenskaperna hos Quark-Gluon Plasma kommer att avgöra den slutliga formen av molnet av producerade partiklar, efter kollisionen, så detta är vårt sätt att närma sig själva QGP -skapelsens ögonblick, "Säger du Zhou.

Två huvudingredienser i soppan:Geometri och viskositet

Graden av anisotrop partikelfördelning - det faktum att det finns fler partiklar i vissa riktningar - återspeglar tre huvudsakliga uppgifter:Den första är, såsom nämnts, kollisionens första geometri. Den andra är de förhållanden som råder inne i de kolliderande nukleonerna. Den tredje är skjuvviskositeten hos själva Quark-Gluon Plasma. Skjuvviskositet uttrycker vätskans motstånd mot flöde, en viktig fysisk egenskap hos den skapade saken. "Det är en av de viktigaste parametrarna för att definiera egenskaperna hos Quark-Gluon Plasma, "Du Zhou förklarar, "för det berättar hur starkt gluonerna binder kvarkerna ihop".

"Med de nya Xenon -kollisionerna, vi har satt mycket snäva begränsningar på de teoretiska modellerna som beskriver resultatet. Oavsett de första villkoren, Bly eller Xenon, teorin måste kunna beskriva dem samtidigt. Om vissa egenskaper hos viskositeten hos kvarkgluonplasma påstås, modellen måste beskriva båda uppsättningarna data samtidigt, säger You Zhou. Möjligheterna att få mer inblick i de faktiska egenskaperna hos "ursoppen" förstärks således avsevärt med de nya experimenten. Teamet planerar att kollidera andra kärnkraftssystem för att ytterligare begränsa fysiken, men detta kommer att kräva betydande utveckling av nya LHC -balkar.

"Detta är ett samarbete inom det stora internationella ALICE -samarbetet, bestående av mer än 1800 forskare från 41 länder och 178 institut. "framhöll du Zhou.