Natuurkundigen die werkten aan het opnieuw creëren van de materie die bestond bij de geboorte van het universum, verwachtten zoiets als een gas en eindigden met de 'perfecte' vloeistof, meldden vier teams van onderzoekers op een bijeenkomst van de American Physical Society op 18 april. Een van de teams staat onder leiding van MIT.
"Deze werkelijk verbluffende bevindingen hebben ons tot de conclusie gebracht dat we iets compleet nieuws zien - een onverwachte vorm van materie - die nieuwe wegen opent voor de fundamentele eigenschappen van materie en de omstandigheden die er vlak na [de oerknal] waren, ”, Zei Raymond Orbach, directeur van het Amerikaanse Department of Energy Office of Science, de belangrijkste voorstander van het onderzoek.
In tegenstelling tot gewone vloeistoffen, waarin individuele moleculen willekeurig bewegen, lijkt de nieuwe materie te bewegen in een patroon dat een hoge mate van coördinatie tussen de deeltjes vertoont - zoiets als een school vissen die als één entiteit reageert terwijl ze door een veranderende omgeving bewegen. Die vloeiende beweging is bijna 'perfect', zoals gedefinieerd door de vergelijkingen van hydrodynamica.
Stel je een stroom honing voor en vervolgens een stroom water. "Water stroomt veel gemakkelijker dan honing, en de nieuwe vloeistof die we hebben gemaakt, lijkt veel gemakkelijker te stromen dan water", zegt Wit Busza, leider van het MIT-team en Francis Friedman, hoogleraar natuurkunde. Andere MIT-docenten die bij het werk betrokken zijn, zijn professor Bolek Wyslouch en universitair hoofddocent Gunther Roland, beiden natuurkunde.
Busza merkt op dat de resultaten niet uitsluiten dat er ergens in het jonge universum een gasachtige vorm van materie bestond, maar de gegevens suggereren "iets anders, en misschien zelfs interessanter, bij de lagere energiedichtheden die bij RHIC zijn gecreëerd (Relativistische zware-ionenbotser). ”
Het onderzoek heeft ook tot een aantal andere verrassingen geleid. Bijvoorbeeld: "er is een elegantie die we zien in de gegevens die nog niet tot uiting komen in ons theoretische begrip", aldus Roland.
Geboorte van het universum
Ongeveer tien miljoenste van een seconde na de oerknal geloven natuurkundigen dat het universum was samengesteld uit een gas van zwak interacterende objecten, quarks en gluonen die uiteindelijk zouden samenklonteren om atoomkernen en materie te vormen zoals we die kennen.
Dus, in de afgelopen 25 jaar hebben wetenschappers eraan gewerkt om dat gas, of quark-gluon plasma, opnieuw te creëren door steeds grotere atoom-smashers te bouwen. "Het idee is om kernen te versnellen tot bijna de lichtsnelheid, en ze vervolgens frontaal te laten crashen", zei Busza. 'Onder die omstandigheden wordt verwacht dat het plasma zich vormt.' De huidige resultaten zijn behaald bij de Relativistic Heavy Ion Collider in het DOE’s Brookhaven National Laboratory.
RHIC versnelt goudkernen in een cirkelvormige buis van ongeveer 2 kilometer in diameter. Op vier plaatsen botsen de kernen en rond die locaties hebben teams van wetenschappers detectoren gebouwd om de gegevens te verzamelen. De vier instrumenten - STAR, PHENIX, PHOBOS en BRAHMS - variëren in hun benadering van het volgen en analyseren van het gedrag van deeltjes. Het werk dat tijdens de APS-vergadering is gerapporteerd, vat de eerste drie jaar van RHIC-resultaten van alle vier de apparaten samen. Papers van elk team zullen ook tegelijkertijd worden gepubliceerd in een aankomend nummer van het tijdschrift Nuclear Physics A.
MIT is de leidende instelling voor PHOBOS, een samenwerking tussen de Verenigde Staten, Polen en Taiwan. "We zijn erg klein", zegt Busza, die het concept voor het apparaat heeft ontwikkeld. “STAR en PHENIX kosten elk ongeveer $ 100 miljoen en hebben ongeveer 400 medewerkers. We kosten minder dan 10 miljoen dollar en hebben ongeveer 50 mensen ”, zei hij. (BRAHMS is ook klein.)
Desalniettemin behaalde het PHOBOS-team de eerste fysische resultaten van drie van de vijf RHIC-experimentele runs en eindigde als eerste op een vierde. (De vijfde run wordt nog steeds geanalyseerd.)
Voor een van die runs verzamelde het team de gegevens, analyseerde ze en diende ze binnen vijf weken een paper in over het werk. "Dat is ongehoord in de hoge-energiefysica", zei Busza, die Roland dankt voor de snelle doorlooptijd. 'Hij was de persoon die de extractie van de fysica uit de gegevens beheerde.'
Wat is het volgende?
Hoewel de grotere RHIC-detectoren gegevens blijven verzamelen, is PHOBOS met pensioen gegaan. "Vanuit een kosten-batenperspectief hebben we het gevoel dat we zoveel mogelijk kennis hebben verzameld uit zo'n klein experiment", zei Busza.
Het team kijkt dus nu naar de toekomst. De leden hopen hun studie voort te zetten bij de opvolger van RHIC, de Large Hadron Collider (LHC) die in Europa wordt gebouwd. Die faciliteit zal 30 keer de botsingsenergie van RHIC hebben, wat de wetenschappers veel dichter bij de omstandigheden bij de geboorte van het universum zal brengen. "Bij LHC testen we wat we denken dat we van RHIC hebben geleerd", zei Busza. "We verwachten ook nieuwe verrassingen, misschien zelfs grotere verrassingen", besluit hij.
MIT-onderzoekers die momenteel bij PHOBOS betrokken zijn, zijn Maarten Ballintijn, Piotr Kulinich, Christof Roland, George Stephans, Robin Verdier, Gerrit vanNieuwenhuizen en Constantin Loizides. Zes afgestudeerde studenten zitten ook in het team; het onderzoek heeft al vijf proefschriften opgeleverd, waarvan er twee onderweg zijn.
Oorspronkelijke bron: MIT News Release
