Kuva ALICE-ilmaisimesta CERN: ssä. Kuva: CERN.
Tuskin minkään tekeminen yhdessä vie tutkijoita yhä lähemmäksi ainutlaatuisten aineellisten tilojen ymmärtämistä vain millisekunnin kuluttua Universumin luomisesta isossa räjähdyksessä. Tämän väittävät CERN: n ja Brookhavenin kansallisen laboratorion fyysikot esitelleen viimeisimmät havaintonsa Quark Matter 2012 -konferenssissa Washington DC: ssä.
Säröimällä lyijy-ioneja yhdessä CERNin vähemmän tunnetussa ALICE-raskasionikokeessa, fyysikot sanoivat maanantaina luoneensa kaikkien aikojen kuumimmat ihmisen aiheuttamat lämpötilat. CERN-tutkijat loivat hetkessä kvarki-gluoniplasman - lämpötilassa 38 prosenttia kuumempi kuin aikaisemmin ennätyskorkealla 4 biljoonan asteen plasmalla. Tämä plasma on subatominen keitto ja erittäin ainutlaatuinen aineen tila, jonka ajateltiin olevan olemassa varhaisimmissa hetkeissä Ison räjähdyksen jälkeen. Aikaisemmat kokeet ovat osoittaneet, että nämä erityiset plasman lajit käyttäytyvät täydellisinä, kitkattomina nesteinä. Tämä havainto tarkoittaa, että fyysikot tutkivat laboratorion aikaisemmin luomaa tiheintä ja kuumin ainetta; 100 000 kertaa lämpimämpi kuin aurinkoomme sisustus ja tiheämpi kuin neutronitähti.
CERNin tutkijat ovat juuri alkamassa heinäkuun ilmoituksestaan vaikean Higgs-bosonin löytämisestä.
”Raskaan ionin fysiikan ala on ratkaisevan tärkeä tutkittaessa aineen ominaisuuksia alkumaailmassa - yksi perusfysiikan avainkysymyksistä, jonka LHC ja sen kokeet on suunniteltu käsittelemään. Se kuvaa, kuinka äskettäin löydetyn Higgsin kaltaisen bosonin tutkimuksen lisäksi LHC: n fyysikot tutkivat monia muita tärkeitä ilmiöitä sekä protoni-protoni- että lyijy-lyijy-törmäyksissä ”, sanoi CERN: n pääjohtaja Rolf Heuer.
Lehdistötiedotteen mukaan havainnot auttavat tutkijoita ymmärtämään "tiheän, voimakkaasti vuorovaikutuksessa olevan aineen evoluutio sekä tilassa että tilassa."
Samaan aikaan Brookhavenin relativistisen Heavy Ion Colliderin (RHIC) tutkijat sanovat havainneensa ensimmäisen katseen mahdollisesta rajasta, joka erottaa tavallisen aineen, joka koostuu protoneista ja neutroneista, kvarkkien ja gluonien kuumasta alkeellisesta plasmasta varhaisessa universumissa. Aivan kuten vettä on eri vaiheissa, kiinteitä, nestemäisiä tai höyryä lämpötilasta ja paineesta riippuen, RHIC-fyysikot purkavat rajan, jossa tavallinen aine alkaa muodostua kvarki-gluoniplasmasta puristamalla kulta-ioneja yhdessä. Tutkijat eivät vieläkään ole varmoja mihin rajarajat rajataan, mutta RHIC tarjoaa ensimmäiset vihjeet.
Nykypäivän tavallisten atomien ytimet ja ensisijainen kvarki-gluoniplasma eli QGP edustavat kahta erilaista aineen vaihetta ja ovat vuorovaikutuksessa luonnon voimien perustoimintojen kanssa. Nämä vuorovaikutukset on kuvattu teoriassa, joka tunnetaan nimellä kvantikromodynamiikka tai QCD. RHIC: n STAR- ja PHENIX-tutkimustulokset osoittavat, että kvarli-gluoniplasman täydelliset nestemäiset ominaisuudet hallitsevat yli 39 miljardin elektronivoltin (GeV) energialähteillä. Kun energia hajoaa, vuorovaikutukset kvarkkien ja tavallisen aineen protonien ja neutronien välillä alkavat ilmestyä. Näiden energioiden mittaaminen antaa tutkijoille opasteet, jotka osoittavat lähestymistavan rajan tavallisen aineen ja QGP: n välille.
"Kriittinen päätepiste, jos se on olemassa, tapahtuu lämpötilan ja tiheyden ainutlaatuisella arvolla, jonka ylittyessä QGP ja tavallinen aine voivat esiintyä rinnakkain", kertoi Steven Vigdor, Brookhavenin ydin- ja hiukkasfysiikan laboratorion johtaja, joka johtaa RHIC-tutkimusohjelmaa. . "Se on analoginen kriittisen pisteen kanssa, jonka ulkopuolella nestemäinen vesi ja vesihöyry voivat esiintyä rinnakkain lämpötasapainossa, hän sanoi.
Vaikka Brookhavenin hiukkaskiihdytin ei pysty vastaamaan CERN: n ennätysasetusten lämpötilaolosuhteita, Yhdysvaltain energiaosaston laboratorion tutkijat sanovat, että kone kartoittaa "makean pisteen" tässä vaihevaihteessa.
Kuvan kuvaus: Ydinvaihekaavio: RHIC istuu energian ”makeassa paikassa” tutkiakseen siirtymistä hadronista tehdyn tavallisen aineen ja kvarki-gluoniplasmaan kutsutun varhaisen maailmankaikkeuden aineen välillä. Yhdysvaltain energiaministeriön Brookhavenin kansallisen laboratorion luvalla.
John Williams on tiedekirjailija ja TerraZoomin omistaja, joka on Colorado-pohjainen verkkokehitysliike, joka on erikoistunut web-kartoitukseen ja online-kuvan zoomauksiin. Hän kirjoittaa myös palkittu blogin StarryCritters, interaktiivisen sivuston, joka on omistettu tarkastelemaan NASAn suurista observatorioista ja muista lähteistä peräisin olevia kuvia eri tavalla. Entinen lopullisen Final Frontier -toimittajan työ on ilmestynyt Planetary Society -blogissa, Air & Space Smithsonianissa, Tähtitiede, Earth, MX Developer’s Journal, The Kansas City Star ja monissa muissa sanomalehdissä.
