Noget vildt fra partikelfysikens verden

Okay, jeg bliver nødt til at fortælle dig om noget, der lige er sket i partikelfysikkens verden. Og jeg lover, det er meget federe, end det lyder. Alvorligt. Sæt dig godt til rette.

Universets vanvittige begyndelse

Forestil dig dette: For 13,8 milliarder år siden springer universet til eksistens. I de første mikrosekunder — altså milliontedele af et sekund — var alting ufatteligt varmt. Vi snakker billioner af grader. Ved de temperaturer opfører reglerne sig mærkeligt. I stedet for de protoner, neutroner og atomer vi kender i dag, fandtes der et besynderligt stof kaldet quark-gluon plasma (kaldet QGP).

Tænk på quarks og gluoner som de mest grundlæggende byggesten, du overhovedet kan forestille dig. De er de bestanddele, der kombineres for at skabe alt omkring dig — din kaffekop, din telefon, din kat, dig selv. Men i de tidligste øjeblikke var de ikke bundet sammen. De flaksede frit omkring i en overophedet suppe af partikler, der bevægede sig med næsten lysets hastighed.

Og så, næsten lige så hurtigt som det opstod, kølede alt ned, og de quarks og gluoner blev låst fast i de partikler, vi stadig har i dag. I lang tid kunne forskerne ikke rigtig undersøge, hvordan denne oprindelige suppe faktisk opførte sig. Vi havde teorier, ja, men direkte beviser? Det manglede.

Genskab begyndelsen i en tunnel under Schweiz

Her bliver det sjovt. I årevis har fysikere ved CERN's Large Hadron Collider gjort noget helt vildt: De genskaber universets tidlige betingelser ved at smadre tunge atomer (som bly) sammen med næsten lysets hastighed. Når disse kollisioner sker, skaber de kortvarigt — vi snakker brøkdele af en billiontedel af et sekund — små dråber af præcis det samme quark-gluon plasma, der eksisterede for milliarder af år siden.

Det er som at have en tidsmaskine, bare uden at sende noget tilbage. I stedet skaber du mikroskopiske øjebliksbilleder af, hvordan kosmos så ud, da det stort set stadig var en baby.

Gennembruddet: At se quarks skabe bølger

Og her er den nye del, der har gjort fysikerne ret spændte. Et hold ledet af MIT's Yen-Jie Lee har lige offentliggjort, at de har set noget bemærkelsesværdigt: quarks der skaber kølvand, mens de bevæger sig gennem plasmaet.

Lad mig bryde det ned med et billede, du kan forholde dig til. Tænk på, at du står ved en sø og kaster en sten i. Bølger breder sig ud fra landestedet, ikke? Nu forestil dig en and, der svømmer hen over overfladen — den efterlader et lille kølvand bag sig, en sti af bølger.

Det er stort set det, disse fysikere så ske på subatomart niveau.

Når en quark suser gennem quark-gluon plasmaet, påvirkes den ikke bare upåvirket. Plasmaet er så tæt og sammenhængende, at det reagerer på quarkens tilstedeværelse. Quarken skubber mod dette oprindelige materiale og skaber bølger, stænk og endda hvirvlende bevægelser.

Lee sagde det smukt: "Plasmaet er utroligt tæt, så det er i stand til at bremse en quark og producere stænk og hvirvler som en væske."

Det her er stort, fordi det bekræfter noget, teoretikerne har mistænkt i årevis — quark-gluon plasmaet opfører sig ikke som en bunke uafhængige partikler, der hopper ind i hinanden. I stedet fungerer det som et samlet, flydende stof. En væske, om man vil. Den varmeste væske i universets historie, på det tidspunkt.

Hvorfor så vi det ikke før?

Du tænker måske — hvis det her er så fundamental en opførsel, hvorfor er det første gang, vi observerer det?

Det ærlige svar er, at det er utroligt svært at detektere. Når forskere før har ledt efter denne effekt, har de typisk søgt efter par af quarks og deres modparter (antiquarks) og forventet, at begge skabte detekterbare kølvand. Men her er problemet: Når to partikler produceres og bevæger sig i modsatte retninger, har den ene quarks kølvand tendens til at overskygge den andens. Det er som at prøve at høre to hvisk i et støjende rum.

Lee og hans team udviklede en smart ny detektionsmetode, der lod dem endelig udskille disse quark-kølvand fra al kaosset i partikelkollisioner. De fandt i bund og grund en måde at isolere og identificere signaturen af en enkelt quark, der forstyrrer plasmaet omkring den.

Hvad betyder det for os?

Bortset fra "det er ret sejt"-faktoren, hvorfor skal du bryde dig om det?

At forstå, hvordan quark-gluon plasma opfører sig, giver os afgørende spor om universets tidligste øjeblikke. Ved at måle størrelsen på disse kølvand, hvor hurtigt de bevæger sig, hvor langt de strækker sig, og hvor hurtigt de forsvinder, kan forskerne begynde at fastslå egenskaberne ved dette primordiale stof.

Som Lee forklarede: "At studere hvordan quark-kølvand preller frem og tilbage vil give os ny indsigt i quark-gluon plasmaets egenskaber. Med dette eksperiment tager vi et øjebliksbillede af denne primordiale quark-suppe."

Vi kigger i bund og grund på et kosmisk fotografi fra 13,8 milliarder år siden, og hver ny teknik som denne tilføjer flere pixels til billedet.

Bundlinjen

Så her er konklusionen: Universets første øjeblikke involverede en type materie, der flød som væske, reagerede på partikler, der bevægede sig igennem den, og eksisterede kun i det allerkorteste øjeblik, før den kølede ned til byggestenene for alt, vi kender i dag.

Og nu, takket være smart fysik og en kæmpe partikelaccelerator, har vi lige fået et klarere glimt af, hvordan det så ud.

Ikke dårligt for en art, der først fandt ud af at bruge ild for et par hundrede tusinde år siden.