物理学者は、ブルックヘブン国立研究所で相対論的重イオン衝突型加速器を使用して、3つの異なる形状のクォークグルオンプラズマblobを作成しました。このプラズマは、ビッグバン後の最初の数ミリ秒で宇宙を満たした異質な物質です。
（画像：©Javier Orjuela Koop）
ビッグバン後の最初の1秒間は、宇宙はクォークとグルオンの非常に熱い「スープ」にすぎません。これは、陽子と中性子の構成要素となる素粒子です。現在、138億年後、科学者たちは実験室でこの原始的なスープを再現しました。
ニューヨークのアプトンにあるブルックヘブン国立研究所で相対論的重イオン衝突型加速器を使用して、物理学者は陽子と中性子のさまざまな組み合わせを粉砕して、このクォークグルオンプラズマの小さな液滴を生成しました。これらの衝突の間に、陽子と中性子を構成するクォークとグルオンは壊れて液体として振る舞った、と研究者たちは発見した。
研究者が一緒に砕いた粒子の組み合わせに応じて、プラズマの小さな液体のような塊が3つの異なる幾何学的形状の1つを形成しました：円、楕円、または三角形。 [画像：ビッグバンと初期宇宙へのピアリング]
研究に参加したコロラド大学ボルダー校の物理学者、ジェイミー・ネーグル氏は声明のなかで、「私たちの実験結果は、宇宙に存在する初期の物質の最小量についての質問への答えにはるかに近づいた」と述べた。
クォークグルオンプラズマは、研究者が金原子の核を破壊した2000年にブルックヘブンで最初に作成されました。次に、ジュネーブのラージハドロン衝突型加速器の科学者たちは、2つの陽子を一緒に粉砕してプラズマを作成するときの期待に反しました。 「それは驚くべきことでした。ほとんどの科学者は、孤立した陽子は流体のように流れるものを作るのに十分なエネルギーを供給することができないと想定していたからです」とUCボルダー高官は声明で述べた。
ネーグルと彼の同僚は、このエキゾチックな物質の状態の流体特性を、その小さな塊を作成することによってテストすることを決定しました。プラズマが本当に液体のように振る舞うなら、小さな塊がその形状を保持できるはずだと研究者らは予測した。
「あなたが真空に膨張している2つの液滴があると想像してください」とネーグルは言いました。 「2つの液滴が非常に接近している場合、2つの液滴が広がりながら、お互いにぶつかり、互いに押し合い、それがこのパターンを作り出します。」
「つまり、2つの石を近くの池に投げ込むと、それらの衝撃の波紋が互いに流れ込み、楕円に似たパターンが形成される」とUCボルダー高官は語った。 「重陽子と呼ばれる陽子と中性子のペアを大きなものに粉砕した場合も同じことが言えます。同様に、ヘリウム3原子としても知られている陽子と中性子のトリオは、似たようなものに拡大する可能性があります。三角形に」
陽子と中性子のこれらのさまざまな組み合わせを光速に近い速度で金の原子に衝突させることにより、研究者たちは期待通りのことを行うことができました。科学者が単一の陽子を金の原子にぶつけたとき、結果は原始スープの円形の塊になった。
クォークグルオンプラズマのこれらの短命な液滴は、摂氏数兆度の温度に達しました。研究者たちは、この種の問題を研究することで、「宇宙の元のクォークグルオンプラズマがミリ秒でどのように冷却され、存在する最初の原子が生まれるのかを理論家がよりよく理解できるようになる」とUCボルダー高官は述べた。
この研究の結果は、12月10日にNature Physics誌に掲載されました。
