Wetenschappers van het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen, en hun collega's van de internationale ALICE-samenwerking botsten onlangs met xenonkernen, om nieuwe inzichten te krijgen in de eigenschappen van het Quark-Gluon Plasma (de QGP) – de materie waaruit het heelal bestond tot een microseconde na de oerknal. de QGP, Zoals de naam al doet vermoeden, is een speciale toestand die bestaat uit de fundamentele deeltjes, de quarks, en de deeltjes die de quarks aan elkaar binden, de gluonen. Het resultaat werd verkregen met behulp van het ALICE-experiment op de 27 km lange supergeleidende Large Hadron Collider (LHC) bij CERN. Het resultaat is nu gepubliceerd in Natuurkunde Letters B .

De deeltjesfysici van het Niels Bohr Instituut hebben nieuwe resultaten behaald, werken met de LHC, het vervangen van de loodionen, meestal gebruikt voor botsingen, met Xenon-ionen. Xenon is een "kleiner" atoom met minder nucleonen in de kern. Bij botsende ionen, de wetenschappers creëren een vuurbal die de beginomstandigheden van het universum nabootst bij temperaturen van meer dan enkele miljarden graden. In tegenstelling tot het heelal, de levensduur van de in het laboratorium geproduceerde druppeltjes QGP is ultrakort, een fractie van een seconde (In technische termen, slechts ongeveer 10 ^-22 seconden). Onder deze omstandigheden is de dichtheid van quarks en gluonen erg groot en wordt een speciale toestand van materie gevormd waarin quarks en gluonen quasi-vrij zijn (de sterk interagerende QGP genoemd). De experimenten laten zien dat de oerstof, het moment voordat atomen werden gevormd, gedraagt ​​zich als een vloeistof die kan worden beschreven in termen van hydrodynamica.

"Een van de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd, is dat, bij zware ionenbotsingen, alleen de informatie over de eindtoestand van de vele deeltjes die door de experimenten zijn gedetecteerd, is direct beschikbaar - maar we willen weten wat er aan het begin van de botsing en de eerste momenten daarna is gebeurd, "Jij Zhou, Postdoc in de onderzoeksgroep Experimental Subatomic Physics aan het Niels Bohr Institute, verklaart. "We hebben nieuwe en krachtige tools ontwikkeld om de eigenschappen te onderzoeken van de kleine druppel QGP (vroeg universum) die we in de experimenten creëren." Ze vertrouwen op het bestuderen van de ruimtelijke verdeling van de vele duizenden deeltjes die ontstaan ​​uit de botsingen wanneer de quarks en gluonen zijn gevangen in de deeltjes waaruit het universum vandaag bestaat. Dit weerspiegelt niet alleen de initiële geometrie van de botsing, maar is gevoelig voor de eigenschappen van de QGP. Het kan worden gezien als een hydrodynamische stroom." De transporteigenschappen van het Quark-Gluon-plasma zullen de uiteindelijke vorm van de wolk van geproduceerde deeltjes bepalen, na de aanrijding, dus dit is onze manier om het moment van QGP-creatie zelf te benaderen, "Jij Zhou zegt.

Twee hoofdingrediënten in de soep:geometrie en viscositeit

De mate van anisotrope deeltjesverdeling - het feit dat er meer deeltjes in bepaalde richtingen zijn - weerspiegelt drie belangrijke stukjes informatie:de eerste is, zoals genoemd, de initiële geometrie van de botsing. De tweede is de heersende omstandigheden binnen de botsende nucleonen. De derde is de afschuifviscositeit van het Quark-Gluon-plasma zelf. Afschuifviscositeit drukt de stromingsweerstand van de vloeistof uit, een belangrijke fysieke eigenschap van de gecreëerde materie. "Het is een van de belangrijkste parameters om de eigenschappen van het Quark-Gluon-plasma te definiëren, "Jij Zhou legt uit, " omdat het ons vertelt hoe sterk de gluonen de quarks aan elkaar binden ".

"Met de nieuwe Xenon-botsingen, we hebben zeer strikte beperkingen gesteld aan de theoretische modellen die de uitkomst beschrijven. Ongeacht de beginvoorwaarden, Lood of Xenon, de theorie moet ze tegelijkertijd kunnen beschrijven. Als bepaalde eigenschappen van de viscositeit van het quarkgluonplasma worden geclaimd, het model moet beide datasets tegelijkertijd beschrijven, zegt You Zhou. De mogelijkheden om meer inzicht te krijgen in de feitelijke eigenschappen van de 'oersoep' worden daarmee aanzienlijk vergroot met de nieuwe experimenten. Het team is van plan om andere nucleaire systemen te laten botsen om de fysica verder te beperken, maar dit vereist een aanzienlijke ontwikkeling van nieuwe LHC-balken.

"Dit is een gezamenlijke inspanning binnen de grote internationale ALICE Collaboration, bestaande uit meer dan 1800 onderzoekers uit 41 landen en 178 instituten", benadrukte You Zhou.