Upptäckten av ett flyktigt fotoinducerat elektrontillstånd kan bli början till nya avancerade teleskop

 

Bild https://www.isct.ac.jp  När materia absorberar ljus kan de gå in i ovanliga tillstånd med egenskaper som skiljer sig från deras normala beteende. Dessa fotoinducerade tillstånd ger forskare ett sätt att kontrollera materialegenskaper bortom vad som kan uppnås genom uppvärmning eller kylning. Att förstå hur sådana tillstånd uppstår på ultrasnabba tidsskalor är avgörande för att designa framtida fotoresponsiva (bilder som automatiskt anpassar sin storlek och filstorlek efter användarens skärm) material och avancerade optiska teknologier.

De tidigaste stadierna i bildandet av fotoinducerat tillstånd (då en process, en förändring eller en skada har satts igång eller orsakats av ljus (fotoner), ofta i form av ultraviolett (UV) strålning eller solljus) kan ske på femtosekundens (fs) tidsskala (en miljondel av en miljarddels sekund), vilket gör det extremt svårt att observera och förstå processen.

För att övervinna detta genomförde ett forskarteam under ledning av biträdande professor Tadahiko Ishikawa från the Department of Chemistry, School of Science, Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), tillsammans med doctoral student Samiran Banu (currently a Special Postdoctoral Researcher at RIKEN),  tillsammans med dåvarande doktoranden Samiran Banu (numera särskild postdoktoral forskare vid RIKEN ett av Japans största forskningsinstitut fördelat på sju orter med huvudcampus i Wakō i Saitama prefektur, strax norr om Tokyo), en studie i samarbete med forskare från Tohoku University och Nagoya Institute of Technology. Japan. De undersökte hur ett fotoinducerat dolt tillstånd bildas i ett metall–organiskt ramverk (MOF), som skapas genom att koppla metalljoner till organiska molekyler. Deras resultat publicerades i tidskriften Physical Review Letters den 22 juli 2026. 

"Vi fann att det fotoinducerade dolda tillståndet bildas inom 30 fs genom ett tidigare okänt intermediärt elektroniskt tillstånd," beskriver Ishikawa.

För att fånga dessa ultrasnabba förändringar använde forskarna tidsupplöst reflektansspektroskopi (mäter hur mycket ljus som reflekteras från ett prov) med ultrakorta laserpulser som endast varade sex f. Denna teknik spårar hur ett materials reflekterade ljus förändras omedelbart efter att det absorberat en laserpuls. Med hjälp av ultrakorta laserpulser spårade de MOF:ens elektroniska beteende med exakt tidsupplösning. Resultaten visade att reflektansspektrumet inom 30 fs förändrades snabbt vilket visade egenskaper kopplade till bildandet av ett nytt optiskt absorptionsband. Detta betydde att ett fotoinducerat dolt tillstånd hade bildats.

För att förstå varför dessa förändringar inträffade använde teamet vidare teoretiska beräkningar tillsammans med sina experiment. Analysen visade att omedelbart efter att materialet absorberat ljus, gick det kortvarigt in i ett övergående elektroniskt tillstånd där den elektroniska bindningen mellan angränsande platser blev starkare och svagare i ett upprepat mönster. Detta tillstånd kallas ett bindningsordningsvågtillstånd. Detta kortlivade tillstånd följdes sedan av små förskjutningar i atomernas positioner inom materialet vilket slutligen ledde till det fotoinducerade dolda tillståndet.

Teoretiska beräkningar visade att det resulterande fotoinducerade tillståndet kan vara polärt vilket innebär att positiva och negativa elektriska laddningar blir ojämnt fördelade över materialet. Dessa fotoinducerade polära tillstånd kan inspirera till nya sätt att kontrollera ett materials elektroniska egenskaper med hjälp av ljus.

"Genom att avslöja mellanliggande tillstånd kan vår metod hjälpa till att designa material som effektivt kan kontrolleras med hjälp av ljus," förklarar Ishikawa.

Utöver att avslöja hur fotoinducerade tillstånd uppstår, erbjuder resultaten en lovande strategi för att kontrollera materialegenskaper med hjälp av ultrakorta ljuspulser. Förmågan att skapa och manipulera dessa tillfälliga tillstånd kan bana väg för utvecklingen av nya fotoresponsiva material för högpresterande elektronik, optoelektroniska enheter och andra teknologier som bygger på noggrann kontroll av materialegenskaper. Framtida studier kan tillämpa samma metod på ett bredare spektrum av material vilket för oss ett steg närmare att designa nya ljusstyrda material.

Ovan är ett steg mot mycket känsligare teleskop till hjälp  i vårt sökande efter vad som finns och fanns därute i tid och rum.

En av de märkligaste aspekterna av kvantmekaniken ses vid en magnetar

 

Bild https://www.swinburne.edu.au

Astronomer kan nyligen ha bekräftat en av de mest udda aspekterna av kvantmekaniken: att ett till synes tomt rum kan förändra ljusets beteende. Bild tillhandahållen via NASA.

Fenomenet kallas 'vakuumdubbelbrytning', och förutspåddes för nästan 90 år sedan av Werner Heisenberg en av kvantmekanikens grundare. Han föreslog även att ett perfekt vakuum borde vara fullt av 'virtuella partiklar' som snabbt dyker upp och försvinner igen.

Astronomer, bland annat Dr Marcus Lower vid Swinburne University of Technology i Australien använde egenskaperna hos en magnetar en sällsynt typ av neutronstjärna med universums starkaste magnetfält till att studera nedkylda kvantbitar. 

Citerat från wikipedia "En magnetar är en neutronstjärna med ett onormalt starkt magnetfält, cirka 1000 gånger starkare än hos en vanlig neutronstjärna. En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sitt liv stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar. Om stjärnan är så stor att den kvarvarande massan motsvarar 1,4–3 solmassor övergår den till en supernova. Återstoden blir en neutronstjärna som består av tätt packade neutroner och övrigt material bestående av utspridda rester från supernovan".

Deras observationer avslöjade vad som kan vara den första upptäckten av vakuumdubbelbrytning i en magnetars ultrastarka magnetfält och kan öppna nya vägar för att utforska kvantuniversum. I närvaro av ett extremt kraftfullt magnetfält förväntas ett hav av Heisenbergs virtuella partiklar bryta ljus på specifika sätt och skapa vakuumdubbelbrytning. Endast magnetaren har magnetfält som är tillräckligt starkt för att göra denna kvanteffekt synlig.

Dr Lower var en  av medlemmarna i de internationella teamet som observerade en magnetar med namnet  1E 1547.0–5408 med hjälp av NASAs Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), med stöd av NICER-röntgenteleskopet på den internationella rymdstationen och Murriyang, CSIRO:s Parkes-radioteleskop, som ägs och drivs av Australiens nationella vetenskapsmyndighet.

Dr Lowers observationer med Murriyang och efterföljande analys med Swinburnes Ngarrgu Tindebeek-superdator kan vara den första direkta upptäckten av denna tidigare teoretiska kvanteffekt.

Dr Lower beskriver att trots förutsägelsen redan på 1930-talet av fenomenet har en konkret upptäckt av vakuumdubbelbrytning hittills varit svår att bevisa. Genom att noggrant följa riktningen radiovågorna  magnetaren sände ut (deras 'polarisationstillstånd') när den roterade fann teamet att det magnetiska och rotationsaxlar för 1E 1547 är nästan i linje och ses nästan pol-på. Denna kombination av magnetisk och betraktande geometri gör 1E 1547 idealisk för att leta efter vakuumdubbelbrytning.

Teamet identifierade sedan två tydliga tecken på att vakuumdubbelbrytning verkar runt magnetaren; de fann att de röntgenstrålar producerades av magnetaren och fångades upp av IXPE hade extremt höga polarisationsnivåer och att polarisationsriktningen var låst till 1E1547:s magnetfält på samma sätt som radiovågorna.

"På grund av magnetfältets styrka blir Heisenbergs virtuella partiklar i linje med den riktning fältet visar," beskriver Dr Lower.

"Genom att noggrant följa riktningen på radiovågor och röntgenstrålar när magnetaren roterar fann teamet att justeringen av 1E1547:s magnetiska och rotationspoler var idealisk för att upptäcka vakuumdubbelbrytning."

Om det bekräftas banar denna upptäckta väg förståelse av hur våra teorier inom kvantfysik fungerar i en av de mest extrema miljöerna i universum.

Dr Lower påtalar att denna betydande upptäckt snart kan bekräftas med ytterligare data och förbättrade datorsimuleringar för att bättre särskilja vakuum-dubbelbrytningssignalen från andra processer som sker runt magnetarer.

"Med dessa framtida data till hands och våra uppdaterade simuleringar kan vi äntligen slutföra det uppdrag som Heisenberg påbörjade för nästan 90 år sedan."

En artikel som beskriver studien med titeln "Vacuum birefringence and the polarized X-ray emission of a radio magnetar" har publicerats i Nature

Kvantfysiken är svår att hålla sig informerad om då det händer nya och oväntade upptäckter hela tiden så man får tänka om. Men den är otroligt fascinerande och intressant.

Sökande efter mörk materia med världens största detektor "Jorden".

 

Bild Wikipedia Jorden sett från Meteosat-12 år 2025  under vårdagjämningen.

Att mörk materia finns är nästan 100% bekräftat. Astronomer tror att den utgör ungefär en fjärdedel av universums totala energiinnehåll men ännu vet ingen vad det är. Två av de ledande teorierna om vad  mörk materia är är att det är hypotetiska ultraljusa axioner (en hypotetisk elementarpartikel med spinn noll, det vill säga den är en boson).

Alternativt mörka fotoner cirka 19 till 21 i  storleksordning ljusare än elektronen.

Konventionella axionsökningar tenderar att involvera att omvandla dem till fotoner med hjälp av starka laboratoriemagneter. Laboratorieforskning  begränsar dock utrymmet av vilket ett sådant fält kan tillämpas på. Ett samarbetsteam av forskare från Kyoto University, Hiroshima University och Nihon University förespråkar att Jordens eget magnetfält spänner över en skala som inget laboratorium kan matcha och därmed skulle kunna användas.

"Vi frågade oss själva om vi kunde använda jorden själv som en jättedetektor i sökandet," beskriver korresponderande författare Atsushi Taruya. "Jordens jonosfärs hålighet fungerar som en naturlig resonator som förstärker elektromagnetiska vågor precis runt det område vi vill undersöka." 

Dock kunde den befintliga teorin endast hantera frekvenser under 1 Hz, vilket lämnade resten av detta område oförutsägbart. Detta inspirerade teamet att konstruera en ny teoretisk ram som tar hänsyn till atmosfärens elektriska ledningsförmåga, både genom att visa att jordens jonosfärs hålighet förstärker signaler nära 8 Hz och därmed utvidga tillförlitliga prognoser upp till cirka 30 Hz. De förväntade sig att axion-ursprungssignalerna skulle variera beroende på plats, högst i Sydostasien, medan mörka fotonsignaler borde se nästan likadana ut överallt.

Med utgångspunkt av sitt nya ramverk analyserade teamet cirka ett decenniums geomagnetfältdata, från 2012 till 2022 från British Geological Surveys Eskdalemuir Observatory. 

De tog bort artificiellt brus, sökte sedan efter den stadiga, smalfrekventa signal som mörk materia förväntas ge över långa tidsskalor och följde upp detta med statistisk analys. Teamet utvidgade sedan samma teoretiska ramverk till mörka fotoner vilka till skillnad mot axioner genererar elektromagnetiska vågor även utan magnetfält och sökte i samma datamängd efter deras distinkta signatur.

Genom att behandla hela jorden som en jättedetektor i ett specifikt intervall av axionmassor satte teamet gränserna för hur starkt axioner kopplas till ljus vilket blev ungefär 100 gånger snävare än det tidigare bästa från ett markbaserat experiment. Dessa resultat kan till och med mäta sig med begränsningar i astrofysiska röntgenobservationer som Chandra och NuSTAR  som i sig bygger på vissa teoretiska antaganden. På ett mystiskt sätt visade mörk materia fotonanalysen också flera signalkandidater som potentiellt kan härstamma från mörk materia, även om deras sanna natur ännu inte har bekräftats.

För tillfället är identiteten på mörk materia fortfarande ett mysterium. Men det teoretiska ramverk som utvecklats i denna studie förväntas ligga till grund för en ny fas av mörk materia-sökningar.

Sökandet efter mörk materia har pågått med många skilda metoder  under många år nu. Men inte har den påvisats utan enbart tecken och effekter har hittats av något som vi kallar mörk materia. Kommer vi finna den någonsin ingen vet. Ovan är ytterligare en metod att försöka finna den.

Månskalv hjälper till att finna is under månens yta.

 

Bild https://cmns.umd.edu En bild av månens Haynkrater tagen av NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter. Fruset vatten kan finnas djupt inne i denna och liknande månkratrar. Källa: NASA/GSFC/Arizona State University.

I en ny studie (se nedan) av geologer vid University of Maryland, Lawrence Berkeley National Laboratory och University of Hawaii beskrivs att seismiska vågor av samma typ som uppmäts under jordbävningar på jorden kan användas för att lokalisera och kartlägga is  under månens yta under månbävningar . "Det är avgörande att identifiera alla material på månen som en astronaut kan använda medan de är där uppe," beskriver Nicholas Schmerr,  associate professor in UMD’s Department of Geological, Environmental and Planetary Sciences och medförfattare till studien. "Eftersom de kommer att vara begränsade av de få resurser de tagit med sig från jorden kommer allt de hittar på månen att hjälpa dem att i princip klara sig med det som finns på plats särskilt vid längre uppdrag eller utposter."

Ingen vet hur mycket is som finns på månen eller var den finns. Satelliter kan skanna månens yta från omloppsbana, men de kan bara se det översta månlagret. Avlagringar av fruset vatten kan ligga mycket djupt ner under månens yta.

Idén bakom teamets arbete är enkel. Frusen jord och torr jord beter sig olika när en seismisk våg passerar genom dem. Is i regoliten (månjord) gör att vibrationerna färdas två till tre gånger snabbare genom detta än genom torr jord. Isrika zoner kan också få seismisk energi att studsa tillbaka istället för att passera igenom materia ungefär som ljud kan eka mot en vägg. Schmerr noterade att en välplacerad seismometer på månen skulle kunna upptäcka dessa effekter.

"Vi kan använda seismiska vågor för  inte bara för att se om is finns utan också ungefär hur mycket det finns," förklarade han.

För att testa sina teorier använde forskarna tre metoder. Studiens huvudförfattare, Harrison Lisabeth (Ph.D. '16, geologi), bergartsfysiker vid Lawrence Berkeley National Laboratory och UMD-alumn, frös en vulkanisk sten från Arizona som, när den krossats efterliknar måndamm. Han använde sedan röntgenbilder för att studera hur is sjunker ner i små springor mellan jordkornen. Medförfattaren Matthew Siegler från University of Hawaii modellerade detaljerade temperaturkartor över månens sydpolområde och identifierade vilka kratrar som förblev tillräckligt kalla för att bevara is i miljarder år.

Vid UMD körde Schmerr datorsimuleringar av små månskalv som rörde sig genom och interagerade med is under månens yta. I varje fall lämnade isen tydliga och mätbara märken på de seismiska data.

Utöver sitt praktiska värde för astronauter har månens is också vetenskaplig betydelse. Månens skuggiga kratrar kan frysa och fånga flyktiga ämnen som fruset vatten vilket bevarar dem orörda över långa tidsskalor  och eftersom månens stenar själva är omkring fyra miljarder år gamla, kan studier av den isen avslöja hur vatten blev till i det tidiga solsystemet.

Schmerr beskriver. "Att studera isen som avsatts under tiden då solsystemet bildades kan avslöja hur vatten spreds och slutligen hur jordens hav bildades."

Forskarna behöver inte vänta länge med att testa sina förutsägelser. Kinas Chang'e-7-uppdrag, som kommer att bära en seismometer, förväntas landa nära Shackleton-kratern i slutet av 2026 och det finns många misstänkta avlagringar av is i dess närhet. År 2028 kommer NASAs Artemis-astronauter potentiellt att placera ut Lunar Environmental Monitoring Station, ett instrument som Schmerr hjälpt till att utveckla för seismisk utforskning.

"Ingen har fysiskt mätt isen på månen än, men vi har nu en prognos för vad vi ska hålla utkik efter. Det är ett viktigt första steg." beskriver Schmerr. 

Teamets resultat, publicerade i tidskriften Science Advancesden 31 juli 2026 under titeln "The seismmic signature of lunar ice".  

Samma metoder som används på jorden visar sig kunna användas även på månen och bör då även i framtiden kunna användas på andra objekt därute i kosmos.

Asteroid 44 NYSA är ett unikt objekt

 

Bild https://lowell.edu  Asteroid (44) Nysa observerades med SHARK-VIS-instrumentet vid Large Binocular Telescope som finns på Mount Graham, 3 300 meter över havet i Pinaleñobergen i sydöstra Arizona, USA. Observationen skedde den 21 mars 2026 UTC.

Ett internationellt astronomteam har avslöjat  nya bevis för att asteroiden (44) Nysa, en av de ljusaste och största asteroiderna  i asteroidbältet har en trekroppsuppbyggnad och åtföljs av en liten måne. Upptäckten, baserad på högupplöst adaptiv optikavbildning från några av världens mest avancerade teleskop och ger en sällsynt inblick i den komplexa historien om en av solsystemets asteroider.

Studien presenteras som "Unmasking (44) Nysa: Evidence for a Trilobate Structure", i  Astrophysics > Earth and Planetary Astrophysics här visas att Nysa skiljer sig från alla asteroider som tidigare observerats. I mer än ett sekel har astronomer studerat Nysa, vars ovanliga ljusstyrka och sammansättning gjorde den till ett intressant mål för undersökning. Tidigare observationer antydde en förlängd eller potentiellt oregelbunden form, men asteroidens verkliga natur förblev oklar.

Först nu med hjälp av det italienska SHARK-VIS-instrumentet på Large Binocular Telescope i Arizona och SPHERE/ZIMPOL-instrumentet på European Southern Observatorys Very Large Telescope i Chile kunde forskarna få de högst upplösta bilderna som någonsin tagits av Nysa. Dessa unika bilddata avslöjade flera stora ytformationer, inklusive två framträdande dalar som verkar omsluta asteroidens omkrets. Teamet tolkar dessa drag som "colli" eller halsliknande förbindelser mellan separata lober. "Bilderna avslöjar ett anmärkningsvärt ovanligt föremål," beskriver huvudförfattaren Kate Minker vid Lowell Observatory. "Den mest sannolika förklaringen är att Nysa antingen består av tre sammankopplade komponenter eller är en extremt oregelbunden sammanhängande kropp olik allt vi tidigare observerat."

Min tanke är att det kan finnas betydligt fler och än annorlunda asteroider där ute eller i andra solsystem. Tredelad som denna eller kanske så mycket som hundratals hoplänkade delar till en. Sedan vi fann den tvådelade asteroiden 486958 Arrokoth  (bild från

wikipedia) vet vi att dessa kan finnas därute och begränsning i hur de bildas är obegränsat anser jag hur många delar som helst kan dessa objekt ha av varierande storlek enligt mig.

Webbteleskopet fann ett stort svart hål som bildats innan en galax fanns i dess närhet.

 

Bild wikipedia Djupfält James Webb Space Telescope-bild av Abell 2744-QSO1  Skala i bågsekunder. JD1-sekvensen  har ett liknande exempel på en gravitationslins.

Nu har forskare som använder Webbteleskopet upptäckt tydliga bevis på att vissa supermassiva svarta hål var enorma från början och bildades utan en stjärnkollapsfas och utan en massiv galax som kunnat ge dem materia. Abell 2744-QSO1 är ett av dessa ett supermassivt svart hål med en massa på 50 miljoner solar som färdas genom rymden nästan ensamt. Det finns ungefär 13 miljarder år bort  bakom galaxhopen Abell 2744. Det är omgivet av en mycket liten galax. 

"Detta är en anmärkningsvärd upptäckt," beskriver Roberto Maiolino vid Cambridge University i Storbritannien, medförfattare till studier som publicerats i i Nature och Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

 "Det är ett paradigmskifte, en total omprövning av de klassiska scenarierna för hur svarta hål bildas och växer." QSO1 är 1300 ljusår tvärs över och dess ljus har färdats i mer än 13 miljarder år. Den är  lättare att studera än de flesta andra Little Red Dots eftersom den är gravitations linsad av galaxhopen Abell 2744 (Pandoras hop). QSO1 är både förstorad och tredubbelt avbildad och visas på tre olika platser på himlen. 

Inledande studier av QSO1 visade övertygande bevis för att det kunde vara något annat än ett moln av glödande väte- och heliumgas som kretsar kring ett supermassivt svart hål uppskattat till 40 miljoner gånger solens massa. Men precis som med andra tidiga svarta hål som upptäcktes av Webb fanns det osäkerhet om det var så massivt.

"Tidigare har alla massmätningar av svarta hål i det tidiga universum varit indirekta, baserat på antaganden utifrån vad vi vet om dem utifrån tid närmare vårt universum. Vi visste inte om dessa antaganden verkligen gällde det avlägsna universum (i tid och rum)," beskriver medförfattaren Francesco D'Eugenio, även han från Cambridge University. Cambridge-doktoranden Ignas Juodžbalis och Cosimo Marconcini vid universitetet i Florens i Italien, huvudförfattare till en av studierna där man använde IFU:s observationer för att kartlägga rörelser av vätgas runt det svarta hålet. När de analyserade rotationshastigheten som en funktion av avståndet från centrum fann de att gasen kretsar runt en central punkt på samma sätt som planeter i vårt solsystem kretsar runt solen.

"Detta är viktigt eftersom det visar att större delen av massan i QSO1 är koncentrerad till det svarta hålet i centrum," beskriver Ignas. "Om massan var mer fördelad som gas som den skulle vara om det fanns många stjärnor i närområdet skulle gasen inte ha denna perfekta Kepleranska rotation. 

Eftersom Kepler-rörelsen styrs av enkla gravitationslagar kunde teamet använda gashastighetsmätningarna för att direkt beräkna massan av det svarta hålet något som tidigare inte varit möjligt. De fann att det svarta hålet består av ungefär 50 miljoner solmassor och utgör otroliga två tredjedelar av QSO1:s totala massa. Denna andel är tusentals gånger större än i närliggande galaxer, där supermassiva svarta hål bara utgör en mycket liten del av värdgalaxens totala massa.

Resultatet  visade att gasen i QSO1 nästan helt består av väte och helium, med mycket lite av  tyngre grundämnen som syre som skulle förväntats i en galax rik på stjärnor och damm. Med en metallisk hållfasthet mindre än 0,5 % av solen är QSO1 en av de mest orörda galaktiska miljöer som någonsin mätts.

"Det här är ett fenomenalt resultat," påtalar Cosimo. "Det är den första direkta mätningen av en massa av ett svart hål inom de första miljarderna år efter Big Bang och den är förenlig med de tidigare mätningarna." Teamet anser att detta är ett gott tecken på att antagandena som används för indirekta massmätningar är giltiga och att massorna hos andra svarta hål i det tidiga universum inte har överskattats. Den överdimensionerade massan av QSO1 i förhållande till dess värdgalax tyder på att den inte kan ha bildats gradvis från mycket mindre svarta hål med mindre massa som smält samman och dragit åt sig damm och gas. "Det verkar som att vi har hittat ett svart hål som inte har en betydande värdgalax och som har föregått stjärnbildningar," beskriver Ignas. "Detta är mycket spännande eftersom det är bevis för primära svarta hål eller direktkollapsande svarta hål som har funnits teoretiskt  men tidigare inte bekräftats."

Oavsett om QSO1:s svarta hål utvecklades från ett 'tungt frö' som bildades inom den första sekunden av Big Bang eller något senare från kollapsen av ett gigantiskt gasmoln blev det till stort med en gång  och kan vara i de tidiga stadiet av att bygga en galax runt det (där vi ser det i tid och rum).

Teamet anser att små röda prickar som QSO1 kan ha varit vanliga i det tidiga universum och håller på att analysera liknande objekt för att ta reda på om supermassiva svarta hål faktiskt fanns före galaxerna där de nu finns.

Jag anser att dessa röda prickar som ses (litte red dot)  är ursprungliga svarta hål och dessa genom sin gravitation över tid drog till sig materia och gas där stjärnor bildades och en galax till slut blev resultatet. Början till dessa röda punkter är intressantast anser jag och min tanke är att de bildades vid BigBang eller kom med från ett annat universums avslocknande vid BigBang.

De första mikrosekunderna efter Big Bang var extrema. Här något av det som skedde.

 

Bild https://home.cern Ett år efter de första syrekollisionerna vid Large Hadron Collider (LHC) har de viktigaste LHC-samarbetena, ALICE, ATLAS, CMS och LHCb  rapporterat tecken på materiens tillstånd känt som kvark–gluonplasma (QGP) som härstammar från dessa kollisioner mellan syre- och neonkollisioner.

QGP är ett tillstånd av materie som bildas under intensivt tryck och vid temperaturer som är 100 000 gånger varmare än i solens centrum (temperatur i solens centrum är 15 miljoner grader Celsius). Under dessa extrema förhållanden bryts sammansatta partiklar ner till kvarkar och  gluoner som vanligtvis är det håller kvarkar samman. Forskare tror att detta var universums tillstånd under de första miljondelarna av en sekund efter Big Bang. I dagens universum nästan 14 miljarder år senare, kan man återskapa och studera QGP med högenergikärnkollisioner vid LHC.

Tidigare ansågs det att kolliderande tungjoner som bly vilka är över 200 gånger tyngre än de protoner som vanligtvis kolliderade vid LHC var det enda sättet att skapa de förhållanden som krävdes för att bilda QGP (kvark–gluonplasma). Men nyligen har denna premiss ifrågasatts bland annat tidigare i år vid  ALICE Collaboration platsen där man specialiserar sig på studier av detta extrema materietillstånd, rapporterade tecken på QGP från kollisioner mellan proton, proton och proton. Och under 2025 öppnade LHC-samarbetena en ny sannolikhet av QGP när de fann de första tecknen på QGP från syre–syre-kollisioner. Nu, efter att ha letat ännu mer har LHC-experimenten sett flera tecken på QGP-bildning i syre–syre- och neon – neonkollisioner.

En av ledtrådarna till QGP-bildning är att snabbrörliga kvarkar och gluoner förlorar energi när de passerar genom detta heta, täta medium  ett fenomen som kallas parton energiförlust. ATLAS - samarbetet observerade entydigt effekten av parton energiförlust genom en obalans mellan par  partikeljetstrålar som producerades vid syre–syre- och neon–neon-kollisioner. Denna effekt blev mer uttalad vid fler frontala (centrala) kollisioner där en större volym QGP leder till större energiförlust. Preliminära ATLAS-studier av laddade partiklar som studsar mot fotoner visar samma beroende av kollisionscentralitet, vilket stämmer överens med energiförlusten hos de rekylerande partiklarna när de passerar QGP.

ALICE-, CMS- och LHCb-samarbetena använde en annan metod för att hitta tecken på partonenergiförlust genom att studera hur det undertrycker produktionen av olika typer av energirika partiklar.

CMS observerade en minskning av produktionen av laddade partiklar i syre–syre- och neon–neonkollisioner  jämfört med proton–proton-kollisioner, vilket tyder på partonenergiförlust och förekomst av QGP i ljusjonkollisionerna. I en annan studie jämförde LHCb hur partiklar bestående av en charmkvark och en light kvark https://sv.wikipedia.org/wiki/Kvark undertrycktes i syre–syre- och neon–neon-kollisioner, och fann bevis för att undertryckningen blir mer framträdande vid de tyngre neonkollisionerna. Detta är en förväntad egenskap vid partonenergiförlust och är förenlig med bildandet av en större volym QGP när kollisionsstorleken ökar.

För att ta hänsyn till möjligheten att mekanismer utöver partonenergiförlust kan bidra till undertryckning av partikelproduktion jämförde  ALICE produktionen med en annan typ av partikel – neutrala pioner (en subatomär partikel  mindre än atomer) i syre–syre- och proton–syrekollisioner. Denna jämförelse gav entydiga bevis för partonenergiförlust vid syre–syre-kollisioner.

En annan ledtråd till QGP-bildning är undertryckandet av kortbundna tillstånd bestående av en tung kvark och dess antikvark, vilka ofta produceras vid högenergikollisioner. Kvarkarna i dessa par kan bindas till varandra i varierande grad och forskare kan härleda förekomsten av QGP genom att mäta hur det undertrycker varje slag av de olika bundna tillstånden. CMS fann bevis för denna varierande suppression för upsilonmesoner vilket är bundna tillstånd för en bottenkvark och dess antikvark, genom att jämföra syre–syre- och neon–neon-kollisioner. LHCb fann preliminära bevis för samma undertryck ur data från kollisioner mellan proton–syre och syre–syre.

Slutligen har ALICE-samarbetet släppt preliminära resultat som antyder ytterligare  om QGP. Samarbetet fann att partiklar bestående av tre kvarkar (baryoner) som produceras i syre–syre-kollisioner emitterades med en primär  riktning,  ett fenomen känt som olikartat flöde  starkare än partiklar bestående av två kvarkar (mesoner). Den främsta förklaringen till detta är förekomsten av QGP, som får partiklar som produceras vid en kollision och rör sig vid mellanliggande moment att uppvisa anisotropt (innebär att ett material har olika fysikaliska egenskaper i olika riktningar och därmed varierar beroende på från vilken riktning man mäter detta ) flöde. Det faktum att baryoner innehåller en kvark mer än mesoner innebär att de övertar mer av detta flöde.

Studier av möjlig QGP-bildning vid ljusjonkollisioner fortsätter medan forskarna går igenom LHC-data. Under tiden omvandlas LHC till den ännu kraftfullare High-Luminosity LHC, som utan tvekan kommer att kunna  undersöka QGP:s natur ännu djupare.

Det finns säkert mycket vi inte förstår av vad som hände vid BigBang och varför det skedde eller vad det skedde i. Min reflektion.