Újraalkották az ősrobbanás első teremtményét

2018.12.10. 15:33

Kutatók egy csoportja olyan apró, ultraforró anyagcseppeket hozott létre, amik a korai univerzumot építették fel. Háromféle alakzatban és méretben sikerült előállítani őket: körökként, ellipszisekként és háromszögekként.

A tudomány jelenlegi állása szerint a tágabb otthonunkként szolgáló világmindenség 12-14 milliárd évvel ezelőtt, az ősrobbanásnak nevezett esemény során látta meg a napvilágot. Eszerint az univerzumot születése pillanatában még a szingularitás jellemezte, azaz egy végtelenül sűrű és forró „dolog" volt, amit nem lehet az általunk ismert fizikával leírni. Aztán egészen váratlan esemény történt: az emberi elme számára felfoghatatlanul gyors tágulás, majd lehűlés következett be.

A létezés első pillanataiban a hőmérséklet még túlságosan magasnak bizonyult ahhoz, hogy a hétköznapi részecskék összeálljanak, létrehozva ezzel az atomokat. Helyette egészen más, „folyadékszerű" anyag töltött ki mindent, ezt a kutatók kvark-gluon plazmának nevezték el.

Részecskeütköztetővel „pillantottak bele" a korai univerzumba

A Boulderi Colorado Egyetem munkatársai Jamie Nagle professzor vezetésével ennek az egzotikus matériának az előállításával kísérleteztek. A PHENIX projekt keretén belül egy részecskeütköztető berendezést helyeztek üzembe. Az eszközzel protonok és neutronok „csomagjait" ütköztették egymással különböző kombinációkban, melyek eredményeként változatos, jóval nagyobb atommagok álltak össze.

A fizikusok azt találták, hogy a körülményeket gondosan variálva, kvark-gluon plazma parányi cseppecskéit tudják előállítani három egymástól eltérő geometriai mintázatban.

Kísérletezésünk eredményei alapján közelebb jutottunk annak megválaszolásához, hogy mi lehet a korai univerzum anyagának legkisebb mennyisége, ami létezhet" – írta Nagle a kiadott közleményben.

A PHENIX-projekt adatait a Boulderi Colorado Egyetem és a szintén amerikai Vanderbilt Egyetem kutatói közösen elemezték, publikációjuk a Nature Physics legfrissebb számában jelent meg.

A PHENIX ütköztetőjeForrás: Joseph Rubino Photography/Joseph Rubino Photography

Egy 2014-es kísérlet eredményét is sikerülhetett igazolni

Nem most kísérleteznek először ilyen egzotikus anyag tanulmányozásával. 2000-ben a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium területén funkcionáló relativisztikus nehézion-ütköztetővel aranyatomok nagytömegű magjait csapatták egymásnak, a heves folyamat pedig több billió Celsius-fokos hőt generált. A szó szerint izzasztó körülmények hatására az atomi kötések felszakadtak, és a protonokat, valamint neutronokat felépítő elemi részecskék, kvarkok és gluonok jelentek meg.

A tudomány képviselői természetesen nem elégedtek meg az elért eredményekkel, hanem még tovább mentek. Néhány évvel később, 2014-ben úgy tűnt, egy másik kutatócsoport rátalált az újszülött világegyetem alapmatériájára, a kvark-gluon plazmára. Ehhez nem atomokat, hanem protonokat ütköztettek egymással. A felfedezés az egész tudóstársadalmat meglepte, mivel egészen odáig nem gondolták volna, hogy két magányos proton találkozása olyan mennyiségű energiát tud szolgáltatni, amitől a keletkező anyag "folyadékként" áramolhat.

Ezt találta a PHENIX

Végül Nagle kollégáival megtalálta a módszert, amivel ellenőrizheti a korábbi kutatás eredményeit; feltételezése szerint, ha az ilyenfajta apró cseppek valóban folyadékként viselkednek, akkor képesek alakjuk megtartására.

„Képzeljünk el két cseppet, amint vákuumban tágulnak. Ha a két csepp nagyon közel kerül egymáshoz, akkor a kifelé tágulás közben egymásba futnak, egymáshoz nyomódnak, és ez az, ami létrehozza ezt a mintázatot" – magyarázta Nagle.

Más szóval, ha két követ dobunk egymáshoz közel egy pocsolyába, akkor a becsapódások által keltett hullámok találkozásakor ellipszisre hajazó forma keletkezik. Ugyanez igaz lehet akkor is, amennyiben proton-neutron párokat, úgynevezett deuteronokat ütköztetünk egymással, ezáltal valami nagyobbat hozva létre, érveltek a kutatók. Hasonlóképpen két proton és egy neutron találkozásakor létrejövő hélium-3 háromszög formájúvá tágulhat.

Pontosan ezt mutatta ki a PHENIX kísérlete: míg a deuteronok ütközésekor rövid ideig létező ellipszisek jöttek létre, addig a hélium-3 formálódásakor háromszög keletkezett, egyetlen proton robbanása pedig kört formált.

Forrás: Javier Orjuela Koop, University of Colorado, Boulder

A gyakorlati eredmények a kutatók szerint segíthetik az elméleti szakembereket abban, hogy kiderítsék, a világegyetem eredeti kvark-gluon plazmája miként tudott lehűlni milliszekundumok leforgása alatt, életet adva ezzel az első atomoknak.