Een paar miljoenste van een seconde na de oerknal, het universum was zo dicht en heet dat de quarks en gluonen waaruit protonen bestaan, neutronen en andere hadronen bestonden vrij in wat bekend staat als het quark-gluonplasma. Het ALICE-experiment bij de Large Hadron Collider (LHC) kan dit plasma nabootsen in hoogenergetische botsingen van bundels zware loodionen. Echter, ALICE, evenals alle andere botsingsexperimenten die het plasma kunnen recreëren, kan deze toestand van de materie niet rechtstreeks waarnemen. De aanwezigheid en eigenschappen van het plasma kunnen alleen worden afgeleid uit de handtekeningen die het achterlaat op de deeltjes die bij de botsingen worden geproduceerd.

In een nieuw artikel, gepresenteerd op de lopende European Physical Society-conferentie over High-Energy Physics, de ALICE-samenwerking rapporteert de eerste meting van een dergelijke signatuur - de elliptische stroom - voor upsilon-deeltjes geproduceerd in LHC-botsingen met lood.

De upsilon is een bottomoniumdeeltje, bestaande uit een bottom (vaak ook beauty) quark en zijn antiquark. Bottomonia en hun tegenhangers van charm-quark, charmoniumdeeltjes, zijn uitstekende sondes van het quark-gluonplasma. Ze ontstaan ​​in de beginfase van een botsing van zware ionen en ervaren daardoor de hele evolutie van het plasma, vanaf het moment dat het wordt geproduceerd tot het moment dat het afkoelt en plaats maakt voor een toestand waarin hadronen zich kunnen vormen.

Een aanwijzing dat het quark-gluon-plasma zich vormt, is de collectieve beweging, of stroom, van de geproduceerde deeltjes. Deze stroom wordt gegenereerd door de uitzetting van het hete plasma na de botsing, en de grootte ervan hangt af van verschillende factoren, waaronder:het deeltjestype en de massa; hoe centraal, of "vooruit, " de botsing is; en het moment van de deeltjes loodrecht op de botsingslijn. Eén type stroming, elliptische stroom genoemd, resultaten van de aanvankelijke elliptische vorm van niet-centrale botsingen.

In hun nieuwe studie het ALICE-team bepaalde de elliptische stroom van de upsilons door de paren muonen (zwaardere neven van het elektron) te observeren waarin ze transformeren, of "verval". Ze ontdekten dat de grootte van de upsilon elliptische stroom voor een reeks van momenta en botsingscentra klein is, waardoor de upsilons de eerste hadronen zijn die geen significante elliptische stroming lijken te vertonen.

De resultaten komen overeen met de voorspelling dat de upsilons grotendeels worden opgesplitst in hun samenstellende quarks in de vroege stadia van hun interactie met het plasma, en ze maken de weg vrij voor nauwkeurigere metingen met behulp van gegevens van ALICE's verbeterde detector, die in staat zal zijn om tien keer meer upsilons op te nemen. Dergelijke gegevens zouden ook licht moeten werpen op het merkwaardige geval van de J/psi-stroom. Dit lichtere charmoniumdeeltje heeft een grotere stroom en wordt verondersteld zich opnieuw te vormen nadat het door het plasma is opgesplitst.