Az univerzum születése után közvetlenül, az ősrobbanás utáni másodperc milliomodik részében létezett egy különös, forrongó anyag, az úgynevezett ősleves, vagy kvark-gluon plazma (QGP), amiben nem kötött állapotban mozogtak a kvark és gluon elemi részecskék. Ezek a részecskék később, néhány ezredmásodperc elteltével, lehűltek annyira, hogy elkezdhetettek kialakulni belőlük a protonok és neutronok, vagyis az anyag alapvető építőkövei. A kvark-gluon plazma ma is létrejöhet ugyan a Földön, de csak nagyon speciális körülmények között, a részecskegyorsítók falai között, és ott is mindössze egészen rövid időre kel életre, hogy aztán máris kimúljon.

“Ha az ezredmásodperc óta létező univerzum tulajdonságaira vagy kíváncsi, a legjobb módszer a tanulmányozására nem az, ha teleszkópot építesz, hanem ha részecskegyorsítót.”

- magyarázta Krishna Rajagopal, az MIT kutatója a kvark-gluon plazmával kapcsolatban.

Az ősleves vizsgálata során általában nehezebb atommagokat ütköztetnek egymással a gyorsítókban fénysebesség közeli tempóval, például ólmot, xenont és aranyat. Ezekben a kísérletekben sikerült megfigyelni az úgynevezett sugárelnyelés jelenségét, aminek lényege, hogy a kvarkok és gluonok által alkotott részecskenyalábok (jetek) a sűrű kvark-gluon plazmán áthaladva energiát veszítenek, ami megakadályozza, hogy belőlük további részecskék keletkezzenek.

“Ezt a jelenséget a kutatók a nukleáris módosítási faktorral mérik, amely azt mutatja meg, hogyan aránylik a nehéz atommag-ütközésekben létrejövő részecskék száma a proton-proton ütközésekben mért számokhoz.

Mivel a proton-proton ütközésekben nem jön létre QGP, azok referenciaként szolgálnak.” - írja az ELTE és a Wigner FK közleménye egy újfajta atommagütközéssel kapcsolatban, aminek során most könnyű atommagokkal, oxigénnel és neonnal végeztek ütköztetést a Nagy Hadronütközetőben.

A CERN CMS (Compact Muon Solenoid) kísérlete, amelynek magyar kutatók is részesei, az LHC egyik legnagyobb detektorát, a CMS-t használja a vizsgálatokhoz, és céljai között szerepel a QGP tanulmányozása is. A CMS kísérlet kutatásában a könnyű atommagok ütköztetésével keletkező kvark-gluon plazmában most először sikerült kimutatni a sugárelnyelés jelenségét, hiánypótló adatokat biztosítva a QGP közelebbi megértéséhez. “Az LHC-n 2025 júliusában felvett adatok első elemzése megerősítette a sugárelnyelés jelenlétét az oxigén-oxigén ütközésekben is (a mért nukleáris módosítási faktor értéke 1-nél sokkal kisebb, helyenként 0,7 alá is lesüllyed). Ez azt jelenti, hogy még egy ilyen viszonylag kis rendszerben is kialakul a QGP forró, szabad állapota. Ezek az eredmények összhangban vannak az energiaveszteséget is figyelembe vevő elméleti modellekkel.” - magyarázza az ELTE és a Wigner FK - “A kutatás következő lépéseként a kísérlet kutatói a neon-neon ütközésekben is elvégezték az első méréseket. Mivel a neonmag kissé nagyobb, mint az oxigénmag, az eredmények összehasonlítása más, nagyobb rendszerek adataival lehetőséget ad arra, hogy modellfüggetlen módon vizsgáljuk a sugárelnyelés méretfüggését.”

A QGP tanulmányozása segít megismerni az univerzum keletkezése utáni legelső pillanatokat, és megérteni, hogy hogyan is működött az anyag ezekben a különleges ezredmásodpercekben. A CMS kísérletben az ELTE Természettudományi Karának és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontjának fizikusai mellett a Chicagói Egyetem és az MIT (Massachusetts-i Műszaki Egyetem) kutatói is részt vettek.

(Fotó: geralt/Pixabay)