In de ondergrondse ringen van de Large Hadron Collider hebben CERN-fysici zuurstof-16- en neon-20-kernen met bijna-lichtsnelheid op elkaar laten botsen en zo de kleinste klont quark-gluonplasma verkregen die ooit in een laboratorium is gecreëerd.
Deze exotische vorm van materie bestond in het heelal slechts enkele microseconden na de oerknal, toen de temperatuur zo hoog was dat protonen en neutronen zich nog niet konden vormen en quarks en gluonen zich vrij in een dichte ‘soep’ bewogen.
Vroeger dacht men dat er zware kernen zoals lood of xenon nodig waren om een dergelijke toestand te reproduceren, maar nieuwe experimenten hebben aangetoond dat zelfs lichte kernen, met een massa van minder dan een tiende van die van lood, plasma kunnen voortbrengen dat zich een fractie van een seconde als een vloeistof gedraagt en collectief uitzet.
De ATLAS-samenwerking stelde de kenmerkende ‘jet quenching’ vast: hoogenergetische quarks verloren een aanzienlijk deel van hun energie bij het passeren van het medium, wat tot uiting kwam in een asymmetrie van de transversale impulsen van de deeltjes en als direct bewijs voor de vorming van plasma diende.
Wetenschappers van het Niels Bohr Instituut reconstrueerden aan de hand van de manier waarop de deeltjes uit elkaar vlogen de oorspronkelijke vorm van de kernen: zuurstofkernen bleken bijna bolvormig, en neonkernen asymmetrisch, als een kegel of bowlingpin, als de schaduw van een onzichtbaar object.
De methode opent een nieuwe manier om de structuur van kernen en de sterke wisselwerking bij extreme energieën te bestuderen, en toekomstige botsingen met nog lichtere kernen, bijvoorbeeld helium-4, zullen helpen de exacte ondergrens te bepalen waarbij quark-gluonplasma kan ontstaan.
Inzicht in deze kleine ‘kleine oerknallen’ brengt ons dichter bij de ontraadseling van hoe uit het oerplasma alle zichtbare materie van sterren, planeten en levende organismen is ontstaan.
