Foto van de ALICE-detector bij CERN. Foto ter beschikking gesteld door CERN.
Bijna niets samenvoegen brengt wetenschappers steeds dichter bij het begrijpen van de vreemde toestanden van materie die slechts milliseconden na de schepping van het heelal in de oerknal aanwezig zijn. Dit is volgens natuurkundigen van CERN en Brookhaven National Laboratory, die hun laatste bevindingen presenteerden op de Quark Matter 2012-conferentie in Washington, DC.
Door ionen van lood samen te slaan in het minder bekende ALICE heavy-ion-experiment van CERN, zeiden natuurkundigen maandag dat ze de heetste kunstmatige temperaturen ooit hebben gecreëerd. In een oogwenk creëerden CERN-wetenschappers een quark-gluon-plasma - bij temperaturen die 38 procent warmer zijn dan een eerder record van 4 biljoen graden plasma. Dit plasma is een subatomaire soep en de zeer unieke toestand van de materie die vermoedelijk in de eerste ogenblikken na de oerknal bestond. Eerdere experimenten hebben aangetoond dat deze specifieke soorten plasma zich gedragen als perfecte, wrijvingsloze vloeistoffen. Deze bevinding betekent dat natuurkundigen de dichtste en heetste materie bestuderen die ooit in een laboratorium is gemaakt; 100.000 keer heter dan het binnenste van onze zon en dichter dan een neutronenster.
De wetenschappers van CERN komen net van hun aankondiging in juli van de ontdekking van het ongrijpbare Higgs-deeltje.
“Het veld van de zware-ionenfysica is cruciaal voor het onderzoeken van de eigenschappen van materie in het oeruniversum, een van de belangrijkste vragen van de fundamentele fysica die de LHC en zijn experimenten moeten aanpakken. Het illustreert hoe natuurkundigen van de LHC naast het onderzoek van het recent ontdekte Higgs-achtige boson, vele andere belangrijke verschijnselen bestuderen bij zowel proton-proton- als lood-lood-botsingen, ”aldus CERN-directeur-generaal Rolf Heuer.
Volgens een persbericht helpen de bevindingen wetenschappers om de "evolutie van materie met een hoge dichtheid en sterke interactie in zowel ruimte als tijd" te begrijpen.
Ondertussen zeggen wetenschappers van Brookhaven's Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) dat ze de eerste glimp hebben waargenomen van een mogelijke grens die gewone materie, bestaande uit protonen en neutronen, scheidt van het hete primordiale plasma van quarks en gluonen in het vroege heelal. Net zoals water bestaat in verschillende fasen, vast, vloeibaar of damp, ontrafelen RHIC-fysici, afhankelijk van temperatuur en druk, de grens waar gewone materie zich begint te vormen uit het quark-gluonplasma door goudionen samen te breken. Wetenschappers weten nog steeds niet waar ze de grenslijnen moeten trekken, maar RHIC geeft de eerste aanwijzingen.
De atoomkernen van de gewone atomen van vandaag en het oer-quark-gluonplasma, of QGP, vertegenwoordigen twee verschillende fasen van materie en staan in wisselwerking met de meest elementaire krachten van de natuur. Deze interacties worden beschreven in een theorie die bekend staat als kwantumchromodynamica of QCD. Bevindingen van RHIC's STAR en PHENIX laten zien dat de perfecte vloeibare eigenschappen van het quark-gluonplasma domineren bij energieën boven 39 miljard elektronvolt (GeV). Terwijl de energie verdwijnt, beginnen interacties tussen quarks en de protonen en neutronen van gewone materie te verschijnen. Het meten van deze energieën geeft wetenschappers wegwijzers die wijzen op de nadering van een grens tussen gewone materie en de QGP.
"Het kritieke eindpunt, als het bestaat, ligt bij een unieke waarde van temperatuur en dichtheid waarboven QGP en gewone materie naast elkaar kunnen bestaan", zegt Steven Vigdor, Brookhaven's Associate Laboratory Director voor nucleaire en deeltjesfysica, die het RHIC-onderzoeksprogramma leidt . 'Het is analoog aan een kritiek punt waarboven vloeibaar water en waterdamp naast elkaar kunnen bestaan in thermisch evenwicht,' zei hij.
Hoewel de deeltjesversneller van Brookhaven niet kan voldoen aan de recordtemperatuuromstandigheden van CERN, zeggen wetenschappers van het lab van de Amerikaanse Energy Department dat de machine de 'goede plek' in deze faseovergang in kaart brengt.
Bijschrift afbeelding: Het kernfase diagram: RHIC zit in de energie “sweet spot” voor het verkennen van de overgang tussen gewone materie gemaakt van hadronen en de vroege universum materie bekend als quark-gluon plasma. Met dank aan Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy.
John Williams is een wetenschappelijk schrijver en eigenaar van TerraZoom, een in Colorado gevestigde webontwikkelingswinkel die gespecialiseerd is in webmapping en online zoomen op afbeeldingen. Hij schrijft ook de bekroonde blog, StarryCritters, een interactieve site die is gewijd aan het op een andere manier bekijken van afbeeldingen van NASA's Great Observatories en andere bronnen. Als voormalig bijdragende redacteur voor Final Frontier is zijn werk verschenen in de Planetary Society Blog, Air & Space Smithsonian, Astronomy, Earth, MX Developer’s Journal, The Kansas City Star en vele andere kranten en tijdschriften.
