Forskere skaber mini-Big Bang med bowlingkegle-formede atomkerner

På CERN i Schweiz har forskere fra Niels Bohr Institutet sammen med den internationale ALICE-kollaboration genskabt den ekstreme tilstand af stof, som eksisterede i Universets første milliontedel af et sekund efter Big Bang.

Det er sket ved at kollidere atomkerner af oxygen-16 og neon-20 med næsten lysets hastighed. Hidtil har forskere antaget, at det krævede langt tungere atomkerner som bly at danne kvark-gluon-plasma.

”Vi har dermed flyttet grænsen for, hvor små atomkerner vi kan kollidere og stadig genskabe urstoffet – det man kan kalde et mini-Big Bang. Nu ved vi mere om de grundlæggende betingelser for, hvornår stof går over i denne ekstreme tilstand,” siger lektor You Zhou, som har ledet eksperimentet.

Når atomkernerne kolliderer, dannes en mikroskopisk dråbe af det ekstremt varme stof, som hurtigt udvider sig og omdannes til andre partikler. Forskerne kan ikke se plasmaet direkte, men partiklernes bevægelse afslører formen på den oprindelige atomkerne.

Mens oxygen-kollisionerne giver et rundt mønster, skaber neon-kollisionerne et bowlingkegle-formet mønster.

”Partiklerne fra urstoffet er altså direkte styret af den geometriske form på atomkernen. Så hvis de to atomkerner, vi smadrer mod hinanden, er kugleformede, får vi ét mønster. Hvis de er bowlingkegle-formede, får vi et andet,” forklarer postdoc Emil Gorm Dahlbæk Nielsen.

Resultatet kan samtidig give ny indsigt i den stærke kernekraft, som er en af naturens fire fundamentale kræfter. Forskerne vil nu undersøge, om metoden kan bruges på endnu mindre atomkerner, blandt andet helium-4.

Studiet er publiceret i Physical Review Letters som en Editors’ Suggestion.

Faktaboks

• Forskningssted: CERN i Schweiz
• Samarbejde: Det internationale ALICE-eksperiment
• Institution: Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet
• Atomkerner: Oxygen-16 og neon-20
• Resultat: Kvark-gluon-plasma er skabt ved kollisioner mellem lettere atomkerner end hidtil antaget.
• Kvark-gluon-plasma: En ekstremt varm og tæt stoftilstand, som eksisterede i Universets første milliontedel af et sekund.
• Atomkerners form: Oxygen gav et rundt mønster, mens neon gav et bowlingkegle-formet mønster.
• Næste skridt: Forsøg med endnu mindre atomkerner som helium-4.
• Publikation: Physical Review Letters
• Forskere fra Niels Bohr Institutet: You Zhou, Emil Gorm Dahlbæk Nielsen og Zhiyong Lu.
• Støtte: ERC-projektet InitialConditions.