Sageli öeldakse, et universum oli oma esimestel hetkedel kuumas ja tihedas olekus. Kuigi see on üsna täpne kirjeldus, on see ka üsna ebamäärane. Mis see kuum ja tihe täpselt oli ning mis olekus see oli? Sellele küsimusele vastamine nõuab nii keerulist teoreetilist modelleerimist kui ka suure energiaga katseid osakeste füüsikas. Kuid nagu hiljutine uuring näitab, õpime üsna palju.
Osakeste füüsika ja standardse kosmoloogilise mudeli järgi tekkis aine universumi esimese mikrosekundi jooksul. See esialgne aine arvatakse olevat tihe supp kvargid, mis interakteeruvad gluoonide meres. Seda aine olekut tuntakse Quark-Gluon Plasma (QGP) nime all. QGP käitumist juhib tugev jõud, järgides kvantkromodünaamika (QCD) seadusi. Kuigi me mõistame QCD-d suhteliselt hästi, on teooria matemaatika nii keeruline, et seda on raske arvutada. Isegi superarvutite puhul on kvargi ja gluooni tiheda interaktsiooni olekut raske välja arvutada.
Pilk ALICE sisse suurele hadronite põrkeseadmele. ALICE on üks LHC neljast osakestedetektorist. Pilt: CERN/LHC
Alternatiiviks on kasutada CERNi suurt hadronite põrkeseadet. Purustage osakesed kokku peaaegu valguse kiirusel ja saate hetkeks valmistada kvargi-gluoonisuppi. ALICE Collaboration uuris seda tüüpi kokkupõrkeid, et uurida mitte ainult QGP seisundit, vaid ka seda, kuidas plasma läheb üle hadroniteks. Kaks levinumat hadronite tüüpi on prootonid ja neutronid, mis moodustavad aatomite tuumad.
Üks nende üllatavatest avastustest on see, et kvark-gluoonplasma ei käitu teiste plasmadega sarnaselt tiheda gaasina. Selle asemel toimib QGP tiheda vedelikuna, mis on rohkem analoogne veega. Selle tulemusena on selle üldine tihedus ühtlasem. See erinevus on peen, kuid sellel võib olla võtmeid kriitilise nihke mõistmiseks, mis tõenäoliselt toimus varases universumis.
Standardse kosmoloogilise mudeli kohaselt läbis varajane universum dramaatilise faasimuutuse, et muutuda universumiks, mida me praegu näeme. Enne QGP perioodi oli universumil eksponentsiaalse paisumise periood. Peaaegu koheselt laienes vaadeldav universum 10 korda26ja jahutatakse 100 000 korda. See laienemine ja ülejahutus juhatas sisse QGP perioodi, nii et selle vedeliku käitumise mõistmine aitab meil seda üleminekuperioodi uurida.
Varase universumi kohta on veel palju õppida. Sellised ALICE koostöös tehtud uuringud on meie arusaamise jaoks üliolulised. Need nihutavad suure energiaga füüsika piire ja lükkavad jätkuvalt ümber meie ootused.
Viide:Acharya, S. et al. “ Segatud harmooniliste kumulantide mõõtmised Pb-Pb kokkupõrgetes sNN = 5,02 TeV juures .'Füüsika tähed B(2021): 136354.