Przez ułamek sekundy w Wielkim Zderzaczu Hadronów powstała materia podobna do tej, która istniała tuż po Wielkim Wybuchu. Wynik może pomóc zarówno w badaniu początków kosmosu, jak i budowy jąder atomowych

W pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu Wszechświat był tak gorący, że protony i neutrony, czyli składniki jąder atomowych, jeszcze nie istniały. Ich mniejsze składniki – kwarki i gluony – poruszały się swobodnie. Taki stan materii nazywa się plazmą kwarkowo-gluonową. Gdy Wszechświat zaczął się rozszerzać i stygnąć, kwarki i gluony połączyły się w protony i neutrony. Dziś plazmy kwarkowo-gluonowej nie spotykamy w zwykłej materii, ale na bardzo krótki czas można ją odtworzyć w laboratorium.

Wielki Wybuch w laboratorium

W Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN jądra atomowe rozpędza się niemal do prędkości światła, a następnie doprowadza do ich zderzeń. Na niezwykle krótki czas powstaje wtedy maleńka porcja bardzo gorącej materii. Przez lata w takich eksperymentach wykorzystywano przede wszystkim duże jądra atomowe, między innymi ołowiu. Zespół eksperymentu ALICE sprawdził teraz, czy podobny efekt można uzyskać, zderzając znacznie mniejsze jądra tlenu-16 i neonu-20.

„Przesunęliśmy granicę tego, jak małe mogą być jądra atomowe, a mimo to nadal pozwalać na odtworzenie czegoś, co można nazwać małym Wielkim Wybuchem” – mówi prof. You Zhou, który kierował pracami zespołu z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie Kopenhaskim.

Naukowcy zauważyli, że po zderzeniach tlenu i neonu cząstki rozchodziły się w nieco inny sposób. Różnice odpowiadały przewidywanym kształtom jąder obu pierwiastków. Jądro tlenu-16 jest w przybliżeniu kuliste, natomiast jądro neonu-20 jest bardziej wydłużone i bywa porównywane do kręgla.

Cienie atomowych jąder

„Badając ruch cząstek po zderzeniu, możemy zdobyć informacje o jądrach atomowych, które w inny sposób trudno uzyskać” – wyjaśnia dr Emil Gorm Dahlbæk Nielsen z Instytutu Nielsa Bohra, współautor badania.

Nielsen porównuje tę metodę do obserwowania cienia przedmiotu. Nie widzimy bezpośrednio samego obiektu, ale z jego cienia możemy wnioskować o kształcie. Tutaj takim „cieniem” jest sposób, w jaki cząstki rozchodzą się po zderzeniu.

„Fascynujące jest to, że możemy wykorzystać ten sam eksperyment zarówno do poznawania struktury jąder atomowych, jak i do lepszego zrozumienia tego, co działo się podczas narodzin Wszechświata” – mówi You Zhou.

Kolejnym krokiem mają być doświadczenia z jeszcze mniejszymi jądrami. Jednym z kandydatów jest hel-4, którego jądro składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Badacze chcą w ten sposób sprawdzić, jak mały może być układ, w którym materia zaczyna zachowywać się jak plazma kwarkowo-gluonowa z początków Wszechświata.

Źródła:

ALICE Collaboration, „Evidence of Nuclear Geometry-Driven Anisotropic Flow in O+O and Ne+Ne Collisions at √sNN = 5.36 TeV”, „Physical Review Letters”, 17 sierpnia 2026 r., DOI: 10.1103/gymp-vp87.

University of Copenhagen, „Researchers create a Little Big Bang: Bowling-pin-shaped nuclei shed new light on the Universe’s first moments”, 20 sierpnia 2026 r.

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi