Wetenschappers van de Large Hadron Collider (LHC) van CERN hebben bevestigd dat de vroegste toestand van het universum – een plasma van quarks en gluonen van biljoen graden – zich als een vloeistof gedroeg, wat het idee ondersteunt dat de vroege kosmos een letterlijke ‘oersoep’ was. Deze ontdekking levert cruciaal bewijs voor het begrijpen van de omstandigheden onmiddellijk na de oerknal, toen fundamentele deeltjes voor het eerst werden gevormd.
Het vroege heelal opnieuw creëren
Het quark-gluonplasma (QGP), een toestand van materie die slechts een miljoenste van een seconde na de geboorte van het universum bestond, wordt nu kunstmatig nagebootst door zware loodionen met bijna de lichtsnelheid in de LHC te laten botsen. Onder deze extreme omstandigheden komen quarks en gluonen, die normaal gesproken opgesloten zitten in protonen en neutronen, vrij, waardoor de omgeving van het vroege heelal even wordt nagebootst.
Onderzoekers van het MIT hebben met behulp van de Compact Muon Solenoid (CMS)-detector van de LHC waargenomen dat deeltjes die door deze QGP bewegen ‘zog’ veroorzaken, vergelijkbaar met de deeltjes die worden achtergelaten door een boot die door water snijdt. Dit gedrag bewijst dat het plasma reageert op bewegende deeltjes als een vloeistof, en niet als individuele, willekeurig verstrooiende deeltjes. Deze samenhang is wat het definieert als een vloeistof.
Het ‘hybride model’ bevestigd
De bevindingen ondersteunen het ‘hybride model’ van QGP, dat deze vloeistofachtige reactie voorspelde. Eerdere experimenten hadden moeite om deze ontwakingen te detecteren, omdat tegengestelde quarks elkaars effecten verdoezelden. Het MIT-team ontwikkelde een nieuwe techniek, waarbij de focus verlegde van quarkparen naar het analyseren van interacties tussen quarks en neutrale Z-bosonen. Z-bosonen hebben een minimale impact op het omringende plasma, waardoor onderzoekers de ontwakingen die uitsluitend door quarks worden geproduceerd, kunnen isoleren en observeren.
Na analyse van 13 miljard LHC-botsingen identificeerde het team meer dan 2.000 gevallen waarin een quark een duidelijk zogpatroon achterliet dat consistent was met de vloeistofdynamica. Dit bewijsmateriaal bevestigt dat de QGP niet slechts een vloeistof is, maar een echte vloeistof, die bewegende deeltjes kan vertragen en rimpelingen kan genereren.
Implicaties voor de kosmologie
Deze ontdekking is belangrijk omdat ze theoretische modellen van het vroege heelal valideert en inzicht geeft in de vorming van materie. De QGP was niet alleen de eerste vloeistof die bestond; met biljoenen graden was het ook de heetste. Omdat het een bijna perfecte vloeistof is, vloeiden de componenten soepel en zonder wrijving samen.
“We hebben het eerste directe bewijs verkregen dat de quark inderdaad meer plasma met zich meesleept terwijl hij reist”, zegt Yen-Jie Lee, een teamlid bij MIT. “Hiermee kunnen we de eigenschappen en het gedrag van deze exotische vloeistof in ongekend detail bestuderen.”
Het vermogen om deze oersoep te bestuderen zal ons begrip van de vroegste momenten van het universum en de omstandigheden waaruit de materie ontstond die we vandaag de dag zien, verfijnen.
