Kisméretű atommagok ütköztetésével sikerült rekonstruálni az Univerzum keletkezése utáni első pillanatok rendkívül forró anyagállapotát a CERN szakembereinek.
A svájci CERN-ben dolgozó nemzetközi ALICE együttműködés és a Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének kutatói a korábban elképzeltnél lényegesen kisebb atommagok ütköztetésével idézték elő a koraidők anyagállapotát. A fénysebesség közelére gyorsított oxigén-16 és neon-20 atommagok ütközése során sikerült kvark-gluon plazmát létrehozniuk, ami a feltételezések szerint az ősrobbanás utáni első egymilliomod másodpercben töltötte ki a világegyetemet.
A fizikusok korábban úgy vélték, hogy ehhez a szélsőséges állapothoz mindenképpen nehéz atommagok, például ólom ütköztetésére van szükség. Az új kísérletek azonban bebizonyították, hogy a sokkal kisebb tömegű részecskék is képesek generálni a primordiális anyagot.
„Kitoltuk a határt azzal kapcsolatban, hogy mennyire lehetnek kicsik az atommagok az ősi anyag újjáteremtéséhez, amit egyfajta miniatűr Ősrobbanásnak is nevezhetünk. Most már többet tudunk azokról az alapvető feltételekről, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az anyag ebbe a szélsőséges állapotba kerüljön. Bízunk benne, hogy ez segít jobban megérteni a plazma viselkedését az Univerzum első pillanataiban, és azt is, miként alakult át a minket körülvevő anyagformákká” – mondta You Zhou egyetemi docens, a kísérlet vezetője.
A kutatási eredményeket bemutató, Physical Review Letters című szaklapban megjelent tanulmányról a ScienceDaily számolt be, felidézve, hogy a keletkező kvark-gluon plazma csupán a másodperc törtrészéig létezik, mielőtt kitágulna és más részecskékké alakulna. A tudósok közvetlenül nem tudják megfigyelni magát a plazmát, az ütközés után kirepülő részecskék mozgási mintázatát viszont pontosan mérik.
NE HAGYD KI
Kövess minket a Google-ben
Legyen a Liner a követett forrásod
Jelöld be a Linert követett forrásként a Google-ben.
A kirepülő részecskék eloszlása
A mérésekből kiderült, hogy a kirepülő részecskék eloszlása megőrzi az ütköző atommagok eredeti alakját. Két oxigénmag ütközése lekerekített mintázatot hoz létre, míg a neon részvételével zajló folyamat egy jellegzetes, tekebábra emlékeztető formát hagy maga után.
„Az ősi anyagból származó részecskéket közvetlenül az atommag geometriai alakja irányítja. Ha a két összeütköztetett mag gömb alakú, egy bizonyos mintázatot kapunk, ha viszont tekebábu formájúak, egy másikat. A részecskék ütközés utáni mozgásának tanulmányozásával olyan betekintést nyerhetünk az atommagok szerkezetébe, amelyet a fizikusok más módon nehezen érhetnének el. Ez kicsit olyan, mintha fényt vetítenénk egy tárgyra, és az árnyékát vizsgálnánk. Bár magát a tárgyat nem látjuk közvetlenül, az árnyéka felfedi az alakját” – magyarázta Emil Gorm Dahlbæk Nielsen posztdoktori kutató.
A fizikusok már több mint 70 éve próbálják pontosan megérteni az atommagok belső szerkezetét és alakját. Ez a kérdéskör szorosan kapcsolódik a Niels Bohr Intézethez, hiszen Aage Bohr 1975-ben éppen az atommagok szerkezetével kapcsolatos munkájáért kapott fizikai Nobel-díjat. Hagyományosan az ilyen vizsgálatokat kis energiájú kísérletekkel végezték, az atommagok forgásának és rezgésének mérésével.
Ez egy gyökeresen új megközelítés
A koppenhágai kutatók által alkalmazott eljárás azonban gyökeresen új megközelítést jelent. Ahelyett, hogy óvatosan vizsgálnák az atommagokat, a lehető legnagyobb energiával ütköztetik őket, majd a visszamaradt mintázatokból rekonstruálják a formájukat.
„Az atommag szerkezetének pontos megértése segít felderíteni az erős kölcsönhatást. Ahelyett azonban, hogy alacsony energián vizsgálnánk a magokat, az általunk előállítható legnagyobb energiával ütköztetjük őket, és a hagyott nyomokból olvassuk ki az alakjukat” – fogalmazott You Zhou.
A szakemberek szerint ez az eljárás paradigmaverséghez vezethet a magfizikában, amennyiben sikerül továbbfejleszteni a módszert. A kutatócsoport a jövőben még könnyebb atommagokkal, például hélium-4-gyel tervez további kísérleteket végezni, hogy meghatározzák a kvark-gluon plazma keletkezésének végső határait.
„Lenyűgöző, hogy ugyanazt a kísérletet használhatjuk az atommagok szerkezetének feltárására és a világegyetem születésekor lezajlott események megértésére. Ez a két terület sokkal szorosabban összefügg egymással, mint azt elsőre gondolnánk” – zárta gondolatait You Zhou.