Naukowcy właśnie stworzyli „Mały Wielki Wybuch" — i był znacznie mniejszy, niż ktokolwiek się spodziewał

Muszę się przyznać — kiedy pierwszy raz przeczytałem o tym badaniu, musiałem wrócić do tekstu, żeby upewnić się, że dobrze zrozumiałem.

Naukowcy odtworzyli pierwotną zupę, która wypełniała wszechświat... używając jąder atomowych tak małych, że większość fizyków nie wierzyła, że to w ogóle zadziała.

Daj sobie chwilę na przetrawienie tego.

Co dokładnie zrobili?

Otóż jest tak. Zaraz po Wielkim Wybuchu, zanim jeszcze powstały atomy, cały wszechświat wypełniało coś, co nazywamy plazmą kwarkowo-gluonową — niewyobrażalnie gorący i gęsty stan materii, gdzie protony i neutrony jeszcze nie istniały. Naukowcy nazywają to „pierwotną materią" wszechświata.

Przez lata badacze próbowali odtwarzać to w laboratoriach, zderzając jądra atomowe z prędkościami bliskimi prędkości światła. Zakładano, że potrzebne są naprawdę ciężkie jądra — jak ołów — żeby wytworzyć wystarczająco dużo energii do powstania tej plazmy.

Ale tutaj pojawia się niesamowita część: naukowcy z Instytutu Neilsa Bohra w Kopenhadze, współpracujący z eksperymentem ALICE w CERN, właśnie obalili to założenie.

Udało im się stworzyć plazmę kwarkowo-gluonową używając znacznie mniejszych jąder — konkretnie tlenu-16 i neonu-20. To jest o wiele mniej, niż ktokolwiek sądził, że będzie potrzebne.

Ołów ma 82 protony. Tlen ma 16. Neon ma 20. To naprawdę ogromna różnica.

„Mały Wielki Wybuch"

Profesor You Zhou, który kierował eksperymentem, trafnie to podsumował: to, co stworzyli, to w zasadzie „Mały Wielki Wybuch".

„Przesunęliśmy granicę tego, jak małe mogą być jądra atomowe, żeby wciąż móc odtworzyć tę pierwotną materię" — powiedział. „Teraz wiemy więcej o podstawowych warunkach potrzebnych do tego, żeby materia przeszła w ten ekstremalny stan."

Uwielbiam takie podejście. Dosłownie obserwujemy miniaturowe wersje narodzin wszechświata — w akceleratorach cząstek rozciągających się przez wiele krajów.

Sprawa kształtu

I tutaj robi się naprawdę ciekawie — choć trochę zabawnie.

Kiedy naukowcy zderzali te maleńkie jądra, odkryli coś fascynującego: wzory cząstek, które powstawały w wyniku zderzeń, zachowywały informacje o kształtach tych oryginalnych jąder.

Zderzenia tlenu dawały zaokrąglone wzory. Ale zderzenia neonu? Te tworzyły charakterystyczne wzory w kształcie kręgli.

Dlaczego? Bo jądra tlenu są kuliste, podczas gdy jądra neonu są... no, wydłużone jak kręgle.

Postdoc Emil Gorm Dahlbæk Nielsen wyjaśnił to pięknie: „To trochę jak oświetlenie obiektu i obserwowanie jego cienia. Nie widzisz obiektu bezpośrednio, ale cień zdradza jego kształt."

Więc obserwując, jak cząstki rozlatują się po tych zderzeniach, naukowcy mogą w zasadzie „zobaczyć" kształty jąder atomowych, które są zbyt małe, żeby obserwować je bezpośrednio. Jak to nie jest fascynujące?

Dlaczego powinno cię to obchodzić?

Wiem, co myślisz — brzmi jak niezwykle specjalistyczna fizyka, która nie ma nic wspólnego z codziennym życiem.

Ale oto dlaczego to jest istotne: rozumienie struktury jąder atomowych pomaga nam zrozumieć oddziaływanie silne — jedną z czterech podstawowych sił przyrody. To siła, która trzyma protony i neutrony razem. Dzięki niej atomy są... no, atomami.

Bez oddziaływania silnego nic we wszechświecie nie wyglądałoby tak, jak wygląda. Gwiazdy, planety, ty, ja — nic z tego nie działa bez tych fundamentalnych oddziaływań.

A poza tym jest coś naprawdę imponującego w ludzkiej zdolności do odtwarzania, w miniaturowej skali, warunków jakie panowały ułamki sekundy po tym, jak cały wszechświat się zaczął. To jest coś, co zatrzymuje cię na chwilę i każe zastanowić się nad naszym miejscem w kosmosie.

Dziedzictwo doktorów Bohr

To badanie ma szczególnie głębokie korzenie w Instytucie Neilsa Bohra. Aage Bohr, syn słynnego fizyka Neilsa Bohra, zdobył Nagrodę Nobla w 1975 roku za pracę nad strukturą jąder atomowych. Tradycja poszerzania naszej wiedzy o te mikroskopijne elementy trwa do dziś.

Zamiast delikatnie badać jądra przy niskich energiach — tradycyjne podejście — ci naukowcy teraz rozbijają je przy najwyższych dostępnych energiach i rekonstruują ich właściwości z pozostałości zderzeń.

To fundamentalnie inny sposób patrzenia na rzeczy — i właśnie otworzył nowe możliwości zrozumienia zarówno najwcześniejszych momentów wszechświata, jak i natury samej materii.

Całkiem niezłe, co można odkryć, kiedy zderza się ze sobą bardzo, bardzo małe rzeczy z ogromną siłą, prawda?