Forskare skapade en "Mini Big Bang" — och den var mycket mindre än någon trodde var möjligt

Jag ska vara ärlig: när jag först stötte på den här forskningen blev jag tvungen att läsa den två gånger för att förstå vad som faktiskt hade hänt.

Forskare har nämligen lyckats återskapa den urprimitiva "soppan" som fyllde vårt universum... med atomkärnor så små att de flesta fysiker var övertygade om att det inte skulle gå.

Låt den informationen sjunka in en stund.

Vad gjorde de egentligen?

Bakgrunden är den här: i de första ögonblicken efter Big Bang, innan atomer ens hade bildats, var hela universum fyllt av något som kallas kvark-gluon-plasma. Det är ett extremt hett och tätt tillstånd där protoner och neutroner ännu inte hade formats. Forskare kallar det universums "urmaterial".

I åratal har forskare försökt återskapa detta i laboratorier genom att kollidera atomkärnor i hastigheter nära ljusets hastighet. Den gängse tanken var att man behövde riktigt tunga kärnor — bly, till exempel — för att generera tillräckligt med energi för att plasmat skulle kunna bildas.

Men här kommer det fascinerande: forskare vid Niels Bohr Institutet i Köpenhamn, i samarbete med ALICE-samarbetet vid CERN, har nu bevisat att det antagandet var fel.

De skapade kvark-gluon-plasma med betydligt mindre kärnor — specifikt syre-16 och neon-20. Det är anmärkningsvärt mycket mindre än vad någon hade trott var möjligt.

Bly har 82 protoner. Syre har 16. Neon har 20. Det är en ganska stor skillnad.

En "Mini Big Bang"

Biträdande professor You Zhou, som ledde experimentet, uttryckte det träffsäkert: det de har skapat är i grunden en "Mini Big Bang".

"Vi har pressat gränsen för hur små atomkärnor som kan vara medan de fortfarande återskapar detta urmaterial," sa han. "Nu vet vi mer om de fundamentala förutsättningarna som krävs för att materia ska övergå i detta extrema tillstånd."

Jag gillar den inramningen. Vi tittar bokstavligen på miniaturversioner av universums födelse — i partikelacceleratorer som sträcker sig över flera länder.

Bowlingklotet som ledtråd

Här blir det riktigt intressant — och lite lekkamrat.

När forskarna kolliderade dessa pyttelilla kärnor upptäckte de något förvånande: partikelmönstren som bildades bevarade information om de ursprungliga formerna på kärnorna som var inblandade.

Syre-kollisioner producerade rundade mönster. Men neon-kollisioner? De skapade distinkta mönster som såg ut som bowlingklot.

Varför? Jo, för att syrekärnor är sfäriska, medan neonkärnor är... ja, avlånga, ungefär som ett bowlingklot.

Postdoktorand Emil Gorm Dahlbæk Nielsen förklarade det på ett lysande sätt: "Det är lite som att lysa på ett objekt och se dess skugga. Du kan inte se objektet direkt, men dess skugga avslöjar dess form."

Så genom att observera hur partiklar flyger ut från dessa kollisioner kan forskare i princip "se" formerna på atomkärnor som är alldeles för små för att observera direkt. Hur coolt är inte det?

Varför bör du bry dig?

Jag vet vad du tänker — det här låter som extremt nischfysik som inte har ett dugg med vardagen att göra.

Men här är varför det är viktigt: att förstå atomkärnors struktur hjälper oss förstå den starka kraften — en av naturens fyra fundamentala krafter. Det är den kraft som håller ihop protoner och neutroner över huvud taget. Den är ansvarig för att atomer existerar... ja, som atomer.

Utan att den starka kraften gör sitt jobb skulle ingenting i vårt universum existera i sin nuvarande form. Stjärnor, planeter, du, jag — inget av det fungerar utan dessa fundamentala växelverkan.

Och dessutom finns det något genuint storslaget med mänsklighetens förmåga att återskapa, i liten skala, de förhållanden som rådde mikrosekunder efter att hela universum började. Det är den typen av sak som får en att stanna upp och fundera på vår plats i kosmos.

Arvet från Bohr

Forskningen har särskilt djupa rötter vid Niels Bohr Institutet. Aage Bohr, son till den berömde fysikern Niels Bohr, fick Nobelpriset 1975 för sitt arbete med atomkärnors struktur. Traditionen att pressa vår förståelse av dessa mikroskopiska byggstenar lever vidare idag.

Istället för att försiktigt sondera kärnor vid låga energier — det traditionella tillvägagångssättet — slår dessa forskare nu ihop dem vid de högsta tillgängliga energierna och rekonstruerar deras egenskaper från resultatet.

Det är ett fundamentalt annorlunda sätt att se på saken — och det har precis öppnat nya möjligheter för att förstå både universums första ögonblick och materiens natur i sig.

Ganska anmärkningsvärt vad man kan upptäcka när man slår ihop små saker ordentligt, eller hur?

** Källa: ScienceDaily**