Η «αρχέγονη σούπα» ήταν κυριολεκτικά... σούπα: Η ανατρεπτική ανακάλυψη για το Big Bang

Για πολλές δεκαετίες, οι φυσικοί προσπαθούσαν να αποκρυπτογραφήσουν την ακριβή κατάσταση της ύλης αμέσως μετά το Big Bang. Ενώ γνωρίζαμε ότι το νεογέννητο Σύμπαν ήταν εξαιρετικά θερμό και πυκνό, η νέα έρευνα που προέρχεται από το MIT και τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN έρχεται να ανατρέψει την εικόνα μας για αυτή την αρχέγονη κατάσταση.

Σύμφωνα με τα νέα ευρήματα,  το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων (το συστατικό που γέμιζε το Σύμπαν τα πρώτα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου) δεν συμπεριφερόταν ως αέριο, όπως ίσως αναμενόταν, αλλά ως ένα εξαιρετικά ανθεκτικό και «ρευστό» υγρό. Πρόκειται για την πιο ισχυρή απόδειξη μέχρι σήμερα ότι η «αρχέγονη σούπα» ήταν κυριολεκτικά... σούπα.

Το αποτύπωμα της πάπιας στη λίμνη

Η ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής φυσικούς από το MIT, κατάφερε να παρατηρήσει για πρώτη φορά ένα φαινόμενο που αναζητούσαν χρόνια: τα «απόνερα» που αφήνουν τα κουάρκ καθώς διαπερνούν το πλάσμα. Ο καθηγητής φυσικής του MIT, Yen-Jie Lee, παρομοιάζει το φαινόμενο με τον κυματισμό που αφήνει πίσω της μια πάπια καθώς κολυμπάει σε μια λίμνη.

Μέχρι πρότινος, υπήρχε επιστημονική διαμάχη για το αν το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων θα αντιδρούσε στο πέρασμα ενός σωματιδίου. Τα νέα δεδομένα δείχνουν ξεκάθαρα ότι το πλάσμα είναι τόσο πυκνό και συνεκτικό, που επιβραδύνει τα κουάρκ, δημιουργώντας στροβιλισμούς και πιτσιλιές, ακριβώς όπως θα συνέβαινε σε ένα υγρό. Αυτή η συμπεριφορά επιβεβαιώνει ότι μιλάμε για ένα «τέλειο ρευστό» με ελάχιστη τριβή, και όχι για ένα νέφος τυχαία κινούμενων σωματιδίων.

Πώς αναπαράγεται η Αρχή του Σύμπαντος

Για να φτάσουν σε αυτό το συμπέρασμα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων για να συγκρούσουν βαρέα ιόντα (όπως άτομα μολύβδου) σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτή του φωτός. Αυτές οι συγκρούσεις δημιουργούν, για ελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου (λιγότερο από ένα τετράκις εκατομμυριοστό), μια σταγόνα αυτού του αρχέγονου πλάσματος, θερμοκρασίας τρισεκατομμυρίων βαθμών.

Η καινοτομία της συγκεκριμένης μελέτης έγκειται στον τρόπο ανίχνευσης. Οι ερευνητές εστίασαν σε συγκρούσεις που παρήγαγαν ταυτόχρονα ένα μποζόνιο Z και ένα κουάρκ. Το μποζόνιο Z, το οποίο δεν αλληλεπιδρά με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, διαπερνά το πλάσμα ανενόχλητο, λειτουργώντας ως σημείο αναφοράς. Αντίθετα, το κουάρκ, το οποίο αλληλεπιδρά ισχυρά, αναγκάζεται να «κολυμπήσει» μέσα στο πλάσμα. Συγκρίνοντας την πορεία των δύο, οι επιστήμονες κατάφεραν να χαρτογραφήσουν την αντίσταση που συνάντησε το κουάρκ, αποκαλύπτοντας τη ρευστή φύση του μέσου.

Γιατί έχει σημασία;

Η ανακάλυψη αυτή δεν είναι απλώς μια τεχνική λεπτομέρεια της σωματιδιακής φυσικής. Μας δίνει ένα παράθυρο στα πρώτα συστατικά της ύλης. Μετά το Big Bang, το Σύμπαν δεν ήταν μια άμορφη μάζα αερίων, αλλά ένας ωκεανός ρευστής ενέργειας. Καθώς αυτό το υγρό ψυχόταν, τα κουάρκ και τα γλουόνια ενώθηκαν για να σχηματίσουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν την ύλη που βλέπουμε σήμερα γύρω μας, από τα άστρα μέχρι το ανθρώπινο σώμα.

Η κατανόηση της «ρευστότητας» του αρχέγονου Σύμπαντος βοηθά τους επιστήμονες να βελτιώσουν τα μοντέλα τους για την εξέλιξη του κόσμου και να κατανοήσουν πώς η ισχυρή πυρηνική δύναμη συμπεριφέρεται σε ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.