W skrócie
- Naukowcy z CERN, otwiera się w nowym oknie przeprowadzili zderzenia lżejszych jąder tlenu-16 i neonu-20, odtwarzając stan materii panujący ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu.
- Badanie dowiodło, że do uzyskania plazmy kwarkowo-gluonowej nie potrzeba ciężkich jąder ołowiu, a obserwacja rozpadu cząstek pozwala poznać kształt samych jąder atomowych.
- Analiza geometrii jąder podczas szybkich kolizji pozwala fizykom lepiej zrozumieć oddziaływanie silne - podstawową siłę spajającą materię.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Naukowcy z CERN odtworzyli warunki jak tuż po Wielkim Wybuchu
Naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego we współpracy z międzynarodowym zespołem eksperymentu ALICE w CERN odtworzyli mikrośladowy stan materii, który wypełniał wszechświat ułamki sekund po Wielkim Wybuchu. Do stworzenia tzw. "małych Wielkich Wybuchów" wykorzystali oni do zderzeń znacznie mniejsze jądra atomowe, niż dotychczas uważano za konieczne. Odkrycie opisane na łamach czasopisma "Physical Review Letters" może rzucić nowe światło na pierwsze momenty kosmosu i pomóc fizykom w zrozumieniu struktury jąder atomowych i oddziaływań silnych.
Tuż po Wielkim Wybuchu (lub jego starcie, bowiem według niektórych teorii trwa on nadal w formie rozszerzania się wszechświata), około 13,8 mld lat temu, panowała ekstremalnie wysoka temperatura. Przez pierwszą milionową część sekundy uniemożliwiała ona łączenie się cząstek w znane nam dzisiaj protony i neutrony. Zamiast tego ich podstawowe elementy budulcowe poruszały się swobodnie w stanie zwanym plazmą kwarkowo-gluonową.
Do tej pory fizycy zakładali, że utworzenie takiej "pierwotnej zupy" w warunkach laboratoryjnych wymaga zderzania ze sobą wyjątkowo ciężkich jąder, np. ołowiu. Najnowsze próby przeprowadzone w Wielkim Zderzaczu Hadronów (akceleratorze LHC) przy energii 5,36 TeV na parę nukleonów wykazały jednak, że stan ten można uzyskać przy użyciu znacznie lżejszych składników.
Zobacz również:
Fizycy zmierzyli ruch cząstek po rozpadzie plazmy
W ramach eksperymentu naukowcy doprowadzili do kolizji jąder tlenu-16 oraz neonu-20 z prędkościami bliskimi prędkości światła. Sama kolizja trwa zbyt krótko, by można było ją bezpośrednio zaobserwować, niemniej jednak badacze zmierzyli ruch cząstek powstających po rozpadzie plazmy. Rozkład geometryczny tych cząstek odzwierciedla początkowy kształt zderzanych jąder.
"To trochę tak, jakby świecić światłem na obiekt i widzieć jego cień. Nie możesz ujrzeć samego obiektu bezpośrednio, ale jego cień ujawnia jego kształt" - wyjaśnia Emil Gorm Dahlbæk Nielsen z Instytutu Nielsa Bohra.
Zderzenia sferycznych jąder tlenu tworzą bardziej zaokrąglony wzór rozpraszania cząstek. Z kolei jądra neonu, mające geometrię zbliżoną do kręgla, generują charakterystyczny, wydłużony układ. Pomiary te potwierdziły obecność przepływu hydrodynamicznego napędzanego geometrią jąder, co świadczy o powstaniu kropli plazmy kwarkowo-gluonowej.
Nowa metoda badania podstawowej siły spajającej materię
Badanie kształtu i struktury jąder atomowych ma długą tradycję w Instytucie Nielsa Bohra, sięgającą prac Aage Bohra wyróżnionych Nagrodą Nobla w 1975 r. Geometria jądra nie jest jedynie kwestią estetyki, lecz także kluczem do zrozumienia organizacji protonów i neutronów oraz działającego między nimi oddziaływania silnego - jednego z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie, obejmującego kwarki, antykwarki i gluony.
Choć przez ponad 70 lat fizycy analizowali tę strukturę głównie przy niskich energiach, obserwując rotacje i wibracje jąder, nowoczesne metody otwierają zupełnie nowe możliwości ich poznawania. Umożliwi to lepsze zrozumienie fundamentalnych sił spajających materię.
"Precyzyjne zrozumienie struktury jądrowej pomaga nam zrozumieć oddziaływanie silne. Lecz zamiast starannie badać jądra przy niskich energiach, zderzamy je ze sobą przy najwyższych energiach, jakie potrafimy wytworzyć, i możemy teraz odczytać ich kształt z odcisku, jaki po sobie zostawiają" - tłumaczy You Zhou, fizyk z University of Maryland oraz Instytutu Nielsa Bohra kierujący badaniami.
"Fascynujące jest to, że możemy użyć tego samego eksperymentu zarówno do poznania struktury jąder atomowych, jak i do uzyskania lepszego zrozumienia tego, co wydarzyło się podczas narodzin wszechświata" - dodaje ekspert. "Te dwie rzeczy okazują się znacznie ściślej powiązane, niż można by początkowo sądzić".
Co dalej? Kolejnym etapem prac zespołu z CERN będą próby wywołania reakcji przy użyciu jeszcze lżejszych obiektów, takich jak jądra helu-4. Pozwolą one one wyznaczyć ostateczną granicę wielkości układu niezbędną do powstania plazmy kwarkowo-gluonowej.
Źródła:
- UCPH Communication. Researchers create a Little Big Bang: Bowling-pin-shaped nuclei shed new light on the Universe's first moments. University of Copenhagen News (2026).
- I. J. Abualrob et al. Evidence of Nuclear Geometry-Driven Anisotropic Flow in O+O and Ne+Ne Collisions at √sNN=5.36 TeV. Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/gymp-vp87
![Starcie gigantów. Co tak naprawdę wiesz o Nilu i Amazonce? [QUIZ]](https://i.iplsc.com/000N9RUWWOQN3ERO-C401.webp)