Tutkijat loivat "Pienen alkuräjähdyksen" — Ja se oli paljon pienempi kuin kukaan osasi odottaa

Olen myönnettävä: kun ensimmäisen kerran törmäsin tähän tutkimukseen, minun piti lukea se kahdesti varmistaakseni, että ymmärsin oikein.

Tutkijat ovat onnistuneet palauttamaan eloon sen alkuperäisen aineksen, joka täytti universumin... käyttämällä atomiytimiä niin pieniä, että useimmat fyysikot eivät uskoneet sen onnistuvan.

Anna sen hetken hautua.

Mitä he oikein tekivät?

Tässä juttu. Heti alkuräjähdyksen jälkeen, ennen kuin atomit edes olivat syntyneet, koko universumi oli täynnä niin sanottua kvarkki-gluoniplasmaa — äärimmäisen kuumaa ja tiheää aineen tilaa, jossa protonit ja neutronit eivät olleet vielä muodostuneet. Tutkijat kutsuvat tätä universumin "alkeisaineeksi".

Vuosien ajan tutkijat ovat yrittäneet luoda tätä ainetta laboratorioissa törmäyttämällä atomiytimiä lähes valon nopeudella. Ajatuksena oli, että tarvittaisiin todella raskaita ytimiä — ajattele lyijyä — jotta tämän plasman muodostamiseen saataisiin tarpeeksi energiaa.

Mutta tässä tulee hämmästyttävä osuus: Kööpenhaminan Niels Bohr -instituutin tutkijat, yhteistyössä CERN:n ALICE-kollaboraation kanssa, ovat juuri osoittaneet tämän oletuksen vääräksi.

He onnistuivat luomaan kvarkki-gluoniplasmaa huomattavasti pienemmillä ytimillä — tarkemmin sanottuna happi-16:lla ja neon-20:llä. Se on merkittävästi pienempi kuin kukaan oli ajatellut mahdolliseksi.

Lyijyllä on 82 protonia. Hapella 16. Neonilla 20. Aika suuri ero, eikö olekin?

"Pieni alkuräjähdys"

Apulaisprofessori You Zhou, joka johti koetta, tiivistää asian täydellisesti: se, minkä he ovat luoneet, on pohjimmiltaan "pieni alkuräjähdys".

"Olemme työntäneet rajaa sille, kuinka pienet atomiytimet voivat olla ja silti luoda tätä alkeisainetta", hän sanoi. "Nyt tiedämme enemmän niistä perusolosuhteista, jotka vaaditaan, jotta aine voi siirtyä tähän äärimmäiseen tilaan."

Pidän tästä kehystämisestä. Katsomme kirjaimellisesti universumin synnyn pienoiskopioita — partikkelikiihdyttimissä, jotka ulottuvat usean maan alueelle.

Keilapallon yhteys

Tässä kohtaa asiat käyvät todella mielenkiintoisiksi (ja vähän leikkisiksi).

Kun tutkijat törmäyttivät näitä pieniä ytimiä, he huomasivat jotain kiehtovaa: syntyneet hiukkaskuviot säilyttivät tietoja alkuperäisten ytimien muodoista.

Happitörmäykset tuottivat pyöreitä kuvioita. Mutta neontörmäykset? Ne loivat tunnusomaisia keilapallon muotoisia kuvioita.

Miksi? Koska happiytimet ovat pallomaisia, kun taas neonytimet ovat... no, keilapallon lailla pitkänomaisia.

Tohtorijälkeinen tutkija Emil Gorm Dahlbæk Nielsen selitti sen kauniisti: "Se on vähän kuin paistaisi valoa esineeseen ja näkisi sen varjon. Et voi nähdä esinettä suoraan, mutta sen varjo paljastaa muodon."

Joten tarkkailemalla, miten hiukkaset sinkoutuvat näistä törmäyksistä, tutkijat voivat käytännössä "nähdä" atomiytimien muodot, jotka ovat aivan liian pieniä havaittavaksi suoraan. Kuinka siistiä?

Miksi sinun pitäisi välittää?

Tiedän mitä ajattelet — tämä kuulostaa äärimmäisen erikoiselta fysiikalta, jolla ei ole mitään tekemistä arkielämän kanssa.

Mutta tässä syy, miksi sillä on merkitystä: ymmärtämällä atomiytimien rakennetta opimme tuntemaan vahvaa voimaa — yhtä luonnon neljästä perusvoimasta. Tämä on voima, joka pitää protonit ja neutronit koossa. Se on vastuussa siitä, että atomit ovat... no, atomeja.

Ilman vahvan voiman toimintaa mikään universumissamme ei olisi nykyisessä muodossaan. Tähdet, planeetat, sinä, minä — mikään ei toimi ilman näitä perusvuorovaikutuksia.

Lisäksi on jotain aidosti kunnioittavaa siinä, että ihmiskunta pystyy luomaan pienessä mittakaavassa ne olosuhteet, jotka vallitsivat mikrosekunteja sen jälkeen kun koko universumi alkoi. Sellainen saa pysähtymään ja pohtimaan paikkaamme kosmoksessa.

Perinnön jatkumoa

Tutkimuksella on erityisen syvät juuret Niels Bohr -instituutissa. Niels Bohrin poika Aage Bohr sai Nobelin palkinnon vuonna 1975 työstään atomiytimen rakenteen parissa. Perinne näiden pienten rakennuspalikoiden ymmärtämisen eteen jatkuu tänä päivänä.

Sen sijaan, että ytimiä tutkittaisiin perinteisesti kevyesti matalilla energioilla, nämä tutkijat nyt murskaavat niitä yhdessä korkeimmilla käytettävissä olevilla energioilla ja rekonstruoivat niiden ominaisuuksia törmäyksen jälkimainingeista.

Se on pohjimmiltaan erilainen tapa katsoa asioita — ja se avasi juuri uusia mahdollisuuksia ymmärtää sekä universumin ensimmäisiä hetkiä että aineen luonnetta.

Aika hämmästyttävää, mitä voi löytää kun törmäyttää pieniä asioita todella, todella kovaa, eikö olekin?