Wetenschappers bij de home.cern hebben een belangrijke doorbraak bereikt in het begrijpen van de extreme omstandigheden direct na de oerknal. Het ALICE-experiment, een van de vier grote detectoren aan 's werelds krachtigste deeltjesversneller, heeft onderzoekers het beste zicht tot nu toe gegeven op quark-gluon plasma — de oermaterie die het universum vulde in de allereerste momenten na het ontstaan.
Extreme temperaturen en fragiele deeltjes
Bij botsingen in de LHC worden temperaturen bereikt die meer dan 100.000 keer heter zijn dan de kern van de zon. Onder deze extreme omstandigheden hebben wetenschappers jarenlang voor een raadsel gestaan: hoe kunnen fragiele deeltjes zoals deuteronen en hun antideeltjes überhaupt bestaan in zulke intense hitte?
sciencedaily.com hebben onderzoekers nu eindelijk opgehelderd hoe deze kwetsbare atoomkernen ontstaan. Een deuteron bestaat uit slechts één proton en één neutron, die door een relatief zwakke kracht bij elkaar worden gehouden. In theorie zouden deze lichte atoomkernen vrijwel onmiddellijk uit elkaar moeten vallen onder dergelijke extreme condities.
Vorming na afkoeling
De doorbraak zit in het timing van de vorming. In plaats van te ontstaan in de initiële chaos van de botsing, worden deze fragiele kernen later geboren, wanneer de vuurbal afkoelt. Protonen en neutronen die nodig zijn om deze kleine kernen te creëren, komen vrij wanneer extreem kortlevende, hoogenergetische deeltjestoestanden vervallen — zogenaamde resonanties. Eenmaal vrijgekomen kunnen de deeltjes samenkomen om deuteronen te vormen.
Hetzelfde proces verklaart ook hoe antideuteronen, gemaakt van antimaterie, worden geproduceerd. Deze ontdekking lost een langdurig mysterie op dat wetenschappers bij experimenten steeds opnieuw tegenkwamen.
Simulatie van het vroege universum
space.com, is gebouwd om de omstandigheden van vlak na de oerknal na te bootsen. De gigantische versneller, met een omtrek van meer dan 27 kilometer, ligt diep onder de Frans-Zwitserse grens. Het apparaat versnelt bundels protonen en ionen tot bijna de lichtsnelheid voordat ze met enorme kracht op elkaar botsen.
sciencedaily.com die betrokken zijn bij het Compact Muon Solenoid-experiment, kan de LHC uiteindelijk protonenbundels laten botsen bij energieën van 7 tera-elektronvolt in beide richtingen. "We gaan de oerknal bestuderen zo ver terug als we kunnen," aldus professor Robert Cousins destijds over de mogelijkheden van het apparaat.
Bredere wetenschappelijke betekenis
De nieuwe inzichten hebben implicaties die verder reiken dan alleen fundamenteel onderzoek. Het begrijpen van hoe deuteronen en antideuteronen ontstaan onder extreme omstandigheden kan helpen bij het ontcijferen van kosmische straling en mogelijk zelfs aanwijzingen geven over donkere materie.
join1440.com met behulp van geconcentreerde elektromagnetische velden in gespecialiseerde koelcontainers. Bij de botsingen ontstaan lawines van nieuwe deeltjes, die door de detectoren nauwkeurig worden geregistreerd en geanalyseerd.
Internationale samenwerking
Duizenden wetenschappers uit de hele wereld werken samen aan de LHC-experimenten. mit.edu tellen onderzoekers bij deze experimenten nauwkeurig de deeltjes die worden geproduceerd bij typische protonbotsingen, wat essentieel is voor het begrijpen van de onderliggende fysica.
De LHC heeft al eerder belangrijke ontdekkingen gedaan, waaronder het Higgs-boson in 2012 — een deeltje dat inzicht gaf in hoe andere deeltjes massa verkrijgen. De huidige bevindingen over deuteronvorming voegen een nieuw hoofdstuk toe aan ons begrip van de subatomaire wereld en de oorsprong van het universum.
Hoewel de LHC geen directe praktische toepassingen heeft, dient het apparaat als een baken van menselijke nieuwsgierigheid. De hoop is dat deze vluchtige momenten van extreme energie en temperatuur uiteindelijk de diepste geheimen van ons universum zullen onthullen — van de allereerste fractie van een seconde na de oerknal tot de fundamentele bouwstenen waaruit alles is opgebouwd.