Tækni

Í upphafi var allt fljótandi

Í nýjum tilraunum hefur eðlisfræðingum nú tekist að líkja eftir aðstæðum í alheimi strax eftir Miklahvell og andstætt væntingum bendir margt til að núverandi alheimur okkar hafi byrjað tilveru sína í fljótandi formi en ekki sem gas.

BIRT: 04/11/2014

Þegar alheimur var einn milljónasta hluta úr sekúndu gamall var hann ekki aðeins óskiljanlega heitur, heldur samanstóð einnig af undarlegri gerð efnis, svonefndu kvarka/límeinda-rafgasi. Margt bendir til að þetta rafgas hafi ekki haft sömu eiginleika og ofurheitt gas, líkt og menn hafa talið til þessa. Nýjar háorkutilraunir sem eru framkvæmdar á rannsóknarstofu í New York benda til að gjörvallur alheimur hafi samanstaðið af eldkúlu þar sem öreindir hreyfðu sig með viðlíka hætti og í vökva.

 

Eðlisfræðingar hafa lengi óskað þess að rannsaka hvað gerist við efni, þegar það er hitað upp í öfgafullt hitastig og eðlileg samsetning þeirra á róteindum, nifteindum og frumeindakjörnum brotnar saman – rétt eins og var tilvikið strax eftir Miklahvell. En eini staðurinn þar sem nú á dögum er að finna aðstæður sem minna á upphaf núverandi alheims er í iðrum hinna ofurþéttu nifteindastjarna. Og slíkir staðir eru eðlilega rétt eins óaðgengilegir og Miklihvellur.

 

Því er eini kosturinn sá að framkvæma tilraunir þar sem í örskamma stund skapast aðstæður, sem eru eins konar agnarsmár Miklihvellur. Þetta er einungis mögulegt með því að láta atómkjarna skella saman með ógnarhraða, en við það losnar svo mikil orka að það kann að myndast kvarka/límeinda-rafgas í sekúndubrot.

 

Gullatóm skella saman

 

Árið 2000 var fyrsti búnaðurinn sem getur framkvæmt slíkar tilraunir tilbúinn. Í RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) við Brookhaven National Laboratory í New York er tveimur geislum af gullatómum hraðað í gegnum fjögurra kílómetra hring, þar til þeir nálgast ljóshraða. Síðan eru frumeindirnar látnar skella saman í rosalegum árekstri.

 

Við áreksturinn losnar um svo mikið orkumagn að það myndast agnarsmá eldkúla með hitastig sem er 100 þúsund sinnum hærra en í iðrum sólar. Orkuþéttnin er svo mikil að það myndast um 7.500 frjálsir kvarkar við hvern árekstur. Flestir kvarkarnir rekast eldskjótt hver á annan, en við það myndast afleiddar öreindir sem hreyfa sig frá miðju árekstursins. Eldkúlan varir aðeins í 10-23 sem nægir engu að síður til að bremsa öreindirnar lítillega. Eðlisfræðingar hafa greint að öreindirnar bremsast meira í sumar áttir en aðrar og einmitt þessi ósamhverfa útgeislun er talin til marks um að tekist hafi að skapa kvarka/límeinda-rafgas. Eldkúlan verður nefnilega aldrei alveg jöfn og þess vegna skapar hún skekkta útgeislun.

 

Þó eru ekki allir sérfræðingar sammála þessu og sumir telja slíkar sannanir full óbeinar. Þar sem rafgas varir aðeins í örskamma stund sé örðugt að sanna tilvist kvarka/límeinda-rafgass með öryggi og að menn reiði sig um of á fræðileg líkön yfir orkuþéttni, hitastig, eru meðal andmæla þeirra.

 

En hafi í raun tekist að skapa kvarka/límeinda-rafgas fela tilraunirnar í sér nokkrar furður. Fram til þessa hafa menn nefnilega reiknað með að frjálsar öreindir í rafgasinu hegði sér eins og í þunnu gasi, og að afleiddar öreindirnar sem myndast mæti afar lítilli hindrun. En þvert á móti bremsast útgeislunin með tíu sinnum meira afli en sagt hafði verið fyrir um. Samkvæmt Thomas Kirk, sem fer fyrir háorkutilraununum við RHIC, virðist nánast eins og öreindirnar hangi fastar líkt og í fljótandi hunangi. Mælingar sýna að kvarka/límeinda-rafgas er milli 30 og 50 sinnum þéttara en vænst hafi verið.

 

Gagnstætt allri rökvísi hreyfa öreindirnar í rafgasinu sig þannig sameiginlega, í stað þess að þeytast hver frá annarri eins og í gasi, líkt og menn væntu við svo hátt hitastig. Þetta þýðir að hreyfingum öreindanna má lýsa með jöfnum úr vatnsaflsfræði, sem lýsir jú eiginleikum vökva.

 

Niðurstöðurnar benda til þess að við séum langan veg frá því að skilja þetta fyrirbæri til fulls. Og þannig höfum við heldur ekki skilning á hvernig þær róteindir og nifteindir, sem við sjálf og allt annað umhverfi okkar er byggt úr, var skapað í árdaga alheims.

 

Að kvarka/límeinda-rafgas hegði sér líkt og vökvi hlýtur að þýða að tengingar milli kvarka og límeinda eru enn til staðar. Þannig hlýtur einhver víxlverkun að eiga sér stað þar sem rafgas er fært um að hemla aðrar öreindir. Kannski er enn flóknara eðli að finna í rafgasinu. Yfirleitt reikna menn með að fyrstu hamskiptin (þar sem efni fer úr einu ástandi yfir í annað) hafi átt sér stað á einum milljónasta úr sekúndu eftir Miklahvell. Þá söfnuðust ótengdir kvarkar og límeindir saman í róteindir og nifteindir. Eins kann að vera að innan þess tíma hafi átt sér stað fleiri umbreytingarskeið, þar sem rafgasið hafi mismunandi eiginleika.

 

LHC gæti veitt fleiri svör

 

Ef sú er raunin getum við kannski fengið úr því skorið þegar sterkeindahraðallinn Large Hadron Collider (LHC) við Cern kemst aftur í gang. Einkum eru miklar vonir bundnar við möguleika ALICE til að nema og afhjúpa nýja eiginleika kvarka/límeinda-rafgass. ALICE er 26 x16 metrar og samanstendur af ekki minna en 10 þúsund tonnum af seglum, sem eru færir um að skrásetja árekstursleifar og afleiðingar þeirra með mikilli nákvæmni.

 

Ráðgert er að í nokkrar vikur á ári hverju verði framkvæmdar tilraunir þar sem blýkjarnar rekast saman með næstum tólf sinnum meiri orku en í RHIC. Út frá þeirri óreiðu sem myndast hyggjast eðlisfræðingar með mælingum frá ALICE geta reiknað sig afturábak til aðstæðna í kvarka/límeinda-rafgasi.

 

Kannski leynast fleiri framandi hættir efnis við nægilega hátt hitastig og þéttni. Það er jafnvel mögulegt að kvarkarnir brotni upp í áður óþekktar öreindir og að mynd okkar af minnstu fyrirbærum hluta öðlist algerlega nýjar víddir.

 
 

Jörðin

Ný NASA-flugvél á að minnka losun í flugi

Náttúran

Eitruðustu efni veraldar

Náttúran

Eitruðustu efni veraldar

Heilsa

Er hægt að sofa með opin augun?

Heilsa

Er hægt að sofa með opin augun?

Náttúran

Topp 5: Af hvaða dýrum er mestur fjöldi?

Maðurinn

Þessir einstaklingar eru í minni hættu á að greinast með heilabilun

Alheimurinn

Stjarna breytir sér í demant

NÝJASTA NÝTT

Maðurinn

Er skaðlegt að halda aftur af hnerra?

Lifandi Saga

Samkynhneigður sjónvarpsleikari skáldaði upp sögur um eiginkonur

Maðurinn

Hvernig myndast krabbamein?

Alheimurinn

Þrisvar sinnum stærra en Everestfjall: Goshalastjarna gæti brátt sést á himni í fyrsta sinn í 70 ár

Tækni

Dulkóðaður gjaldmiðill: 7 atriði sem þú ættir að vita um rafmynt 

Menning

Af hverju fengu inúítar ekki skyrbjúg?

Lifandi Saga

Fjórir kvillar sem bóluefni hafa knésett

Menning og saga

Frumstæð manntegund jarðsetti hina látnu

Maðurinn

Vísindamenn endurnýja hárvöxt á músum

Lifandi Saga

Nanjing harmleikurinn verri en hin versta martröð

Maðurinn

Er skaðlegt að halda aftur af hnerra?

Lifandi Saga

Samkynhneigður sjónvarpsleikari skáldaði upp sögur um eiginkonur

Maðurinn

Hvernig myndast krabbamein?

Alheimurinn

Þrisvar sinnum stærra en Everestfjall: Goshalastjarna gæti brátt sést á himni í fyrsta sinn í 70 ár

Tækni

Dulkóðaður gjaldmiðill: 7 atriði sem þú ættir að vita um rafmynt 

Menning

Af hverju fengu inúítar ekki skyrbjúg?

Lifandi Saga

Fjórir kvillar sem bóluefni hafa knésett

Menning og saga

Frumstæð manntegund jarðsetti hina látnu

Maðurinn

Vísindamenn endurnýja hárvöxt á músum

Lifandi Saga

Nanjing harmleikurinn verri en hin versta martröð

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Maðurinn

Líkami þinn lifir eftir dauðann

Maðurinn

Líkami þinn lifir eftir dauðann

Maðurinn

Hvers vegna þola sumir ekki kóríander?

Maðurinn

Hvers vegna þola sumir ekki kóríander?

Heilsa

Bakteríur í blóði auka þyngdina

Maðurinn

Svefnleysi skaðar þarmana

Lifandi Saga

Hvert flúðu spænskir Gyðingar?

Maðurinn

Rannsókn: Greinileg merki um framhjáhald.

Vinsælast

1

Menning

Af hverju fengu inúítar ekki skyrbjúg?

2

Maðurinn

Þessir einstaklingar eru í minni hættu á að greinast með heilabilun

3

Maðurinn

Hvernig myndast krabbamein?

4

Maðurinn

3 ókostir við greind

5

Maðurinn

Er skaðlegt að halda aftur af hnerra?

6

Náttúran

Topp 5: Af hvaða dýrum er mestur fjöldi?

1

Menning

Af hverju fengu inúítar ekki skyrbjúg?

2

Maðurinn

Hvernig myndast krabbamein?

3

Maðurinn

3 ókostir við greind

4

Maðurinn

Er skaðlegt að halda aftur af hnerra?

5

Lifandi Saga

Nanjing harmleikurinn verri en hin versta martröð

6

Náttúran

Eitruðustu efni veraldar

Vísindamenn

Stærðfræðisnillingur fann upp tölvuna

Heilsa

Þess vegna ættir þú alltaf að setja klósettlokið niður áður en þú sturtar

Maðurinn

Vanþroskað tvíburafóstur fjarlægt úr heila ársgamallar stúlku

Tækni

100 milljónir hafa kosið: Hér eru hin sjö nýju undur veraldar 

Lifandi Saga

Hvert var banamein Elvis Presleys?

Maðurinn

Angistargenið er nú fundið

Náttúran

Glæpir borga sig

Náttúran

Af hverju límist lím ekki við innra byrði túbunnar?

Maðurinn

Vísindamenn hafa komist að rót mannvonskunnar: Fræðist um verstu hliðar ykkar

Lifandi Saga

Refsiföngum í síðari heimsstyrjöldinni fórnað 

Maðurinn

Af hverju eiga karlmenn auðveldara með að fá fullnægingu en konur?

Maðurinn

Leiðbeiningar um uppeldi: Reiðilestur veldur niðurbroti í heila

Er skaðlegt að halda aftur af hnerra?

Maður hnerrar til að hreinsa ryk, slím og aðskotahluti úr öndunarveginum, en haldi maður aftur af hnerranum situr þetta kyrrt og heldur áfram að valda óþægindum.

Maðurinn

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.