Mini-ősrobbanás a CERN-ben

Apró ütközésekben idézték meg az univerzum első pillanatait
A CERN-ben végzett kísérletek új határt szabtak annak, milyen kis atommag-ütközések képesek létrehozni azt a különleges anyagállapotot, amely a világegyetem első pillanataiban uralkodhatott. A Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének kutatói az ALICE nemzetközi együttműködés részeként oxigén- és neonatommagok ütköztetésével hoztak létre kvark-gluon plazmát.

Már kisebb atommagokkal is létrehozható

A világegyetem a Nagy Bumm után rendkívül forró és sűrű állapotban volt. Az első milliomod másodpercben még nem léteztek protonok és neutronok a ma ismert formájukban: az őket alkotó kvarkok és gluonok szabadon mozogtak egy rendkívül forró „levesben”. Ezt az anyagállapotot nevezik kvark-gluon plazmának.

A CERN részecskegyorsítójában az atommagokat a fénysebességhez közeli sebességre gyorsítják, majd egymásnak ütköztetik. Az ütközések során egy parányi kvark-gluon plazmacsepp keletkezhet, amely szinte azonnal kitágul és más részecskékké alakul.

A kutatók sokáig úgy vélték, hogy ehhez rendkívül nehéz atommagokra, például ólomra van szükség. Az új eredmények azonban azt mutatják, hogy jóval kisebb atommagokkal is létrehozható a kozmikus kezdetekhez hasonló anyag.

„Kitoltuk annak a határát, hogy milyen kicsik lehetnek az atommagok, miközben még mindig képesek vagyunk újra létrehozni ezt az ősi anyagot – amit akár Kis Ősrobbanásnak is nevezhetünk” – mondta You Zhou, a kutatás vezetője.

A kísérletben oxigén-16 és neon-20 atommagokat ütköztettek. Az eredményeket a Physical Review Letters című folyóiratban publikálták.

A részecskék mozgása elárulja az atommag alakját

A kvark-gluon plazmát a tudósok közvetlenül nem tudják megfigyelni, mivel rendkívül rövid ideig létezik. Ehelyett az ütközés után keletkező részecskéket vizsgálják, és azok mozgásából következtetnek arra, mi történt a folyamat kezdetén.

A kutatók különösen érdekes jelenséget figyeltek meg: a keletkező részecskék mozgásmintázata megőrzi az ütköző atommagok eredeti geometriai jellemzőit.

Az oxigénatommagok viszonylag gömbszerű mintázatot eredményeznek, míg a neonatommagok ütközése jellegzetes, „bowlingbábuhoz” hasonló alakot hagy maga után.

„Olyan ez, mintha fénnyel világítanánk meg egy tárgyat, és az árnyékát figyelnénk. Magát a tárgyat nem látjuk, de az árnyéka elárulja az alakját”

– magyarázta Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, a Niels Bohr Intézet kutatója.

A módszer így nemcsak a korai világegyetem tanulmányozására lehet alkalmas. Az atommagok belső szerkezetének feltárásában is új lehetőséget kínálhat. Az atommag alakja ugyanis összefügg a protonok és neutronok elrendeződésével, és fontos információkat szolgáltathat az erős kölcsönhatásról, a természet egyik alapvető erejéről.

A kutatók következő célja annak meghatározása, milyen kicsi lehet az a rendszer, amelyben még létrejön kvark-gluon plazma. Ennek érdekében még könnyebb atommagokkal, köztük hélium-4-gyel is terveznek kísérleteket.

A kutatás egyik különlegessége, hogy ugyanaz a kísérleti módszer egyszerre segíthet megérteni az atommagok szerkezetét és azt, mi történhetett a világegyetem születésekor.