Nye resultater om ur-universet fra CERN-eksperimenterne – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Forside
Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Nye resultater om ur-u...

24. maj 2011

Nye resultater om ur-universet fra CERN-eksperimenterne

De tre LHC-eksperimenter (ALICE, ATLAS og CMS), som studerer bly-kollissioner har præsenteret deres seneste resultater på den internationale Quark-Matter-2011 konference, der holdes i Annecy i Frankrig med over 750 deltagere fra  alle verdens lande. Resultaterne er baseret på analyserne af de nye data fra november-december 2010, hvor LHC stødte bly-ioner sammen ved ca. 14 gange højere energi end tidligere muligt.

En af de første kollisioner mellem blykerner ved LHC, målt med ALICE detektoren.

.

Eksperimenterne har vist en overflod af målinger, der bringer tung-ion fysik (studiet af kollisoner mellem bly kerner og studiet af supertæt stof der vekselvirker gennem den stærke kraft) ind i en ny æra af præcisions-undersøgelser. De første par dage af konferencen har allerede demonstreret, at studiet af Kvark Gluon-Plasma er trådt ind i en helt ny og kvantitativ fase.

Ur-universet i søgelyset

I universets helt spæde barndom, kun få nanosekunder efter Big Bang, bestod universet af et plasma af kvarker og gluoner, som er stoffernes fundamentale byggesten. Ved at kollidere tunge ioner kan fysikerne skrue tiden tilbage og genskabe de tilstande, som eksisterede dengang og give os mulighed for at forstå udviklingen af det tidlige univers.

Forskningsprogrammet for partikelacceleratoren Large Hadron Collider, LHC bygger på ideer som som først blev formuleret for ca. 20 år siden og som først nu kan afprøves med uhørt præcision. I 2003 fastslog eksperimenter Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) på det amerikanske Brookhaven National Laboratory, med ledende deltagelse af danske forskere fra Niels Bohr Institutet, at der kunne skabes en kvark-gluon plasma på mini-skala.

Den første måling af det samlede antal producerede partikler ved LHC, udført af forskere ved Niels Bohr Institutet (ALICE eksperimentet). Målingerne demonstrere, at der i hver central kollision mellem blykerner produceres op til 18.000 ladede partikler (over 25.000 partikler i alt). Dette modsvarer de højeste energitætheder, der nogen sinde er registreret.

Nu er bolden igen på CERN's bane med fuld styrke, og her har ALICE, CMS og ATLAS-forskerne præsenteret omfattende studier af kollisionerne med tunge ioner, der bekræfter billedet, men som allerede få måneder efter den første forsøgsrunde nuancerer billedet væsentlig.

Den danske ALICE-gruppe fra Discovery Centret ved Niels Bohr Institutet har som de første ved konferencen vist data, der demonstrerer, at der i hver kollision dannes over 25.000 nye partikler og dermed de højeste energitætheder, der nogen sinde er frembragt under jordiske forhold - i nøje efterligning af universets tilstand blot ca. 10-7 sekund efter Big Bang.

Højeste energitæthed

Resultaterne fra ALICE-eksperimenterne har skaffet bevis for, at det stof, som blev dannet i bly-kollissionerne, er det mest energirige, der nogensinde er observeret.  Temperaturen er tæt på 1013 grader og energitætheden er 100 gange højere end almindelige atomkerners.

"Disse tilstande gør det muligt at studere ur-suppe plasmaets egenskaber i uovertruffen detalje. ALICE har bekræftet RHIC-eksperimenterness resultater, som viser, at en kvark-gluon-plasma opfører sig som en tyktflydende væske", siger professor Jens Jørgen Gaardhøje leder af ALICE-gruppen fra Niels Bohr Institutet og Discovery Grundforskningscentret.

Resultaterne, der fremlægges er imponerende - ikke alene i omfanget af forskellige studier, der allerede foreligger, men også i graden af overenstemmelse mellem eksperimenter og graden af detalje i analyserne. ”Det rykker virkeligt og vil præge forskningsfronten i mange år fremover” siger Jens Jørgen Gaardhøje.

Figuren viser, at spredte kvarker stoppes i QGP men kan ved høje impulser (pt) alligevel trænge igennem.

 

Tyktflydende univers

Hvor ’trægt’ var det tidlige univers, og hvordan trænger kvarker igennem stof? Det er nogle af de centrale temaer, som konferencen diskuterer. Helt nye målinger tillader at måle viskositeten af kvark-gluon plasma, dvs. hvor (tykt)flydende var det tidlige univers. Målingerne antyder, at universet var tæt på en ’ideel’ væske og nu kan der sættes tal på hvor tæt. Værdierne kan blandt andet sammenholdes med forudsigelser for streng-teorien, der forudsiger, at ’trægheden’ (viskositeten) er den lavest muligt opnåelige.

Nogle af de ’hotteste’ resultater er også, at kvarkernes bevægelse igennem kvark-gluon plasma måske er anderledes end hidtil ment. Jets af partikler, der stammer fra spredte kvarker ser bl.a. ikke ud til at spredes særligt meget, selv om de undertrykkes voldsomt. Det er ikke klart endnu, hvad forklaringen er - måske fører det til en helt ny transport-teori for kvarker, dvs. partikler, der er ’farvede’ og vekselvirker stærkt og som vi tror, er naturens fundamentale byggesten.