Wetenschappers hebben definitief bevestigd dat het universum zich in zijn vroegste momenten gedroeg als een ongelooflijk hete, dichte vloeistof – een ‘soep’ van fundamentele deeltjes die bekend staat als quark-gluonplasma (QGP). Deze doorbraak, bereikt door botsingen met hoge energie bij de Large Hadron Collider (LHC) op CERN, levert het sterkste bewijs tot nu toe voor de vloeistofachtige eigenschappen van materie vlak na de oerknal.
De eerste vloeistof van het universum
Onmiddellijk na de oerknal bestond het universum als een toestand van materie die we buiten laboratoriumsimulaties nooit rechtstreeks hebben waargenomen: QGP. Deze exotische substantie, heter dan een miljard zonnen, was niet alleen heet, maar gedroeg zich ook als een vloeistof en weerstond de stroming als honing in plaats van zich als een gas te gedragen.
Deze ontdekking is van belang omdat het theoretische modellen van het vroege universum valideert en ons helpt te begrijpen hoe fundamentele krachten uit deze chaotische toestand voortkwamen. Over het bestaan van QGP als vloeistof wordt al jaren gedebatteerd; nu hebben natuurkundigen duidelijk experimenteel bewijs.
De oerknal herscheppen in botsingen
Onderzoekers van MIT en CERN hebben omstandigheden nagebootst die vergelijkbaar zijn met die onmiddellijk na de oerknal door zware ionen (looddeeltjes) met bijna de snelheid van het licht tegen elkaar te slaan. Deze botsingen genereren temperaturen die hoog genoeg zijn om kortstondig QGP te vormen, dat vervolgens vervalt in meer bekende deeltjes.
De belangrijkste innovatie was een nieuwe methode voor het analyseren van het gedrag van quarks in dit plasma. In plaats van te zoeken naar quark-antiquark-paren (die verwarrende wakes veroorzaken), concentreerden wetenschappers zich op zeldzame botsingen die een quark produceren naast een neutraal Z-boson. Het Z-boson heeft geen interactie met het plasma, waardoor onderzoekers het zog achtergelaten door de quark kunnen isoleren.
Het ‘Wake’ onthult vloeiend gedrag
De resultaten waren overtuigend: quarks die door QGP bewegen, vertragen en veroorzaken verstoringen die lijken op een boot die door water beweegt. Dit bevestigt dat het plasma niet alleen een verzameling deeltjes is, maar een samenhangende vloeistof die in staat is beweging te weerstaan en energie over te dragen. Zoals natuurkundige Yen-Jie Lee het zegt: “Nu zien we dat het plasma ongelooflijk compact is, zodat het een quark kan vertragen en spatten en wervelingen produceert als een vloeistof. Quark-gluonplasma is dus echt een oersoep.”
Waarom dit belangrijk is
Het begrijpen van het gedrag van QGP is om verschillende redenen cruciaal:
- Fysica van het vroege universum: De eerste milliseconden van het universum werden gedomineerd door QGP. Het kennen van de eigenschappen ervan ontsluit inzichten in de vorming van materie zoals wij die kennen.
- Fundamentele krachten: De manier waarop QGP zich gedraagt geeft aanwijzingen over hoe de sterke kernkracht, die quarks aan elkaar bindt, opereert bij extreme temperaturen en dichtheden.
- Toekomstig onderzoek: De experimentele technieken die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, kunnen worden toegepast om andere hoogenergetische botsingen en exotische toestanden van materie te onderzoeken.
‘Op veel andere gebieden van de wetenschap kun je de eigenschappen van een materiaal leren kennen door het op de een of andere manier te verstoren, en te meten hoe de verstoring zich verspreidt en verdwijnt’, legt natuurkundige Krishna Rajagopal uit.
Dit experiment bevestigt niet alleen een theorie; het biedt een nieuwe manier om de meest extreme omgevingen van het universum te onderzoeken. De bevestiging dat het vroege heelal inderdaad een hete, wervelende soep van deeltjes was, opent opwindende nieuwe wegen om de oorsprong van alles te begrijpen.
