Je leest:

Natte quarks

Natte quarks

In den beginne was er water…of in ieder geval vloeistof. Amerikaanse natuurkundigen ontdekten dat het heelal in zijn eerste miljoenste seconde gevuld was met een vloeistof van quarks en gluonen. Verrassend, want theoretici dachten een gasachtige massa te ontdekken.

In de lange buis van de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) doen de natuurkundigen van het Brookhaven National Laboratory de Oerknal na. Bij de goud-op-goud botsingen in deze deeltjesversneller komt zoveel energie vrij, dat atoomkernen heel kort ‘smelten’. Quarks en gluonen, de fundamentele bouwstenen van materie, zijn dan een fractie van een seconde vrij. Natuurkundigen zoeken al jaren naar dat quark-gluon plasma) omdat dat vlak na de Oerknal het complete heelal vulde. Uit de nieuwste metingen, die 19 april werden gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society, blijkt dat de opgewarmde oersoep meer vloeistof dan gas is.

Simulatie van de quark-gluon vloeistof in de eerste miljoenste seconde na de Oerknal. _bron: Brookhaven National Laboratory

Klik op de afbeelding voor een grotere versie._

In de RHIC jagen elektrische velden goudionen op tot bijna de lichtsnelheid. Als ze op elkaar klappen, voorspelt de Quantum Veldentheorie van elementaire deeltjes, horen de protonen en neutronen in de kern kortstondig te smelten. Bij de temperatuur van biljoenen (een biljoen is een miljoen miljoen) graden komen de quarks en gluonen in de goudkernen vrij en vormen het quark-gluon plasma. Al na 10-23 seconde stolt het mengsel weer.

Smelten en stollen zijn precies de juiste woorden: hoewel theoretici dachten dat het plasma gasachtig zou zijn, blijken de deeltjes door de enorme druk en temperatuur elkaar tóch stevig vast te houden. Het vroege heelal, denken de Brookhaven-onderzoekers, was een zwembad. De oervloeistof was heet en nauwelijks stroperig. Dat klopt mooi met waarnemingen uit de sterrenkunde: “een quark-gluon vloeistof die zo stroperig was als honing had een heelal met veel grovere klonten opgeleverd dan wat wij waarnemen”, zegt theoreticus Dmitri Kharzeev van Brookhaven in een artikel op de Nature-site. In ons heelal zien sterrenkundigen in alle richtingen dezelfde verdeling van melkwegstelsels en –clusters; nergens zijn enorme klonteringen van massa.

De Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). bron: Brookhaven National Laboratory

Ulrich Heinz, theoretisch natuurkundige van Ohio State University: “het idee dat het quark-gluon een gas zou zijn, is geen resultaat van een echte berekening, maar meer een stukje natuurkundige folklore. Ik denk dat dit resultaat de belangrijkste vondst in de kernfysica van de laatste jaren is.” Het resultaat is volgens Heinz verrassend, maar het past wel in de theorie. Die hoeft dus niet te worden aangepast.

Natuurkundigen hopen dat ze door bestudering van het quark-gluon plasma beter leren begrijpen hoe het vroege heelal zich gedroeg. “Dit is de eerste keer sinds 13 miljard jaar dat dit spul in het heelal voorkomt”, zegt de directeur van hoge energie-onderzoek bij Brookhaven, Sam Aronson. Zijn onderzoekers hopen de warmtecapaciteit, stroperigheid en zelfs geluidssnelheid in de quark-gluon vloeistof te meten. Maar omdat de Brookhaven-versneller door bezuinigingen nog maar 12 in plaats van 30 weken per jaar kan werken, zal dat onderzoek nog jaren duren.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 april 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE