Då universum var en ursoppa

 

Bild https://news.mit.edu  En kvark susar genom kvark-gluonplasma och skapar ett spår i plasmat. "Att studera hur kvark-spåret studsar fram och tillbaka ger  nya insikter om kvark-gluon-plasmats egenskaper," beskriver Yen-Jie Lee Meriter:Kredit: Jose-Luis Olivares, MIT (Massachusetts Institute of Technology)

I sina första ögonblick var det unga universum en biljon grader hett. En soppa av kvarkar och gluoner. Dessa elementarpartiklar snurrade runt i ljusets hastighet och skapade en "kvark-gluonplasma" som  varade i några miljondelar av en sekund. Den ursprungliga sörjan kyldes  snabbt ner och dess individuella kvarkar och gluoner smälte samman för att bilda protoner, neutroner och andra fundamentala partiklar som finns idag.

Fysiker vid CERN:s Large Hadron Collider i Schweiz återskapar kvark-gluonplasma (QGP) för att bättre förstå universums utgångspunkt. Genom att krossa tunga joner i nära ljusets hastighet kan forskare kortvarigt lossa kvarkar och gluoner för att skapa och studera samma material som existerade under de första mikrosekunderna av det tidiga universum.

Nu har ett team vid CERN under ledning av fysiker från MIT observerat tydliga tecken på att kvarkar skapar spår när de susar genom plasman, liknande en ands som lämnar krusningar genom det vatten den simmar i. Fynden är det första direkta bevisen på att kvark-gluonplasma reagerar på snabba partiklars rörelse idet som kan ses som en  vätska, som skvalpar och stänker  istället för att spridas slumpmässigt som enskilda partiklar.

"Det har varit en lång debatt inom vårt område om plasmat borde reagera på en kvark," beskriver Yen-Jie Lee, professor i fysik vid MIT. "Nu ser vi att plasmat är otroligt tätt så att det kan sakta ner en kvark och ger stänk och virvlar som i en vätska. Så kvark-gluonplasma är bevisligen en uråldrig soppa."

För att se kvarks eftereffekter utvecklade Lee och hans kollegor en ny teknik som de beskriver i studien (se nedan). De planerar att tillämpa metoden på mer partikelkollisionsdata för att se på andra kvarkspår. Att mäta storleken, hastigheten och omfattningen av dessa vågor och hur lång tid det tar för dessa att ebba ut och försvinna kan ge forskare en uppfattning om plasmats egenskaper och hur kvark-gluon-plasma kan ha betett sig under universums första mikrosekunder.

"Att studera hur kvarkars spår studsar fram och tillbaka kommer att ge oss nya insikter om kvark-gluon-plasmats egenskaper," beskriver Lee. "Med det här experimentet tar vi en ögonblicksbild av den uråldriga kvarksoppan."

Studiens medförfattare är medlemmar i CMS Collaboration. Ett team av partikelfysiker från hela världen som samarbetar för att genomföra och analysera data från Compact Muon Solenoid (CMS)-experimentet, som är en av de allmänna partikeldetektorerna vid CERN:s Large Hadron Collider. CMS-experimentet användes för att upptäcka tecken på kvarkvågeffekter för denna studie. Studien har publicerats i tidskriften Physics Letters B.