Forskere fra blandt andet Niels Bohr Institutet har undersøgt kollisioner mellem ilt- og neonkerner ved CERN.
Forsøgene giver ny viden om kvark-gluon-plasma, en ekstrem stoftilstand, som eksisterede i Universets første milliontedel af et sekund.
Hvad bestod Universet af, før der fandtes stjerner, planeter, mennesker og sågar de atomkerner, som verden omkring os er bygget af?
En del af svaret kan måske findes under jorden ved den schweizisk-franske grænse. Her ligger CERNs enorme partikelaccelerator, Large Hadron Collider, hvor forskere kan sende atomkerner mod hinanden med hastigheder tæt på lysets. Kollisionerne varer ufatteligt kort tid, men giver forskerne mulighed for at undersøge forhold, der minder om dem, der fandtes umiddelbart efter Big Bang.
Nu har forskere fra blandt andet Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og den internationale ALICE-kollaboration fået nye resultater ud af forsøgene. Denne gang har de brugt langt lettere atomkerner end dem, der traditionelt har været anvendt.
Urstof fra det tidlige Univers
Når atomkerner kolliderer med ekstrem energi, kan deres bestanddele danne det, der kaldes kvark-gluon-plasma. Det er en ekstrem tilstand af stof, som eksisterede i Universets første milliontedel af et sekund.
Tidligere har forskerne især skabt og undersøgt den slags stof ved at kollidere meget tunge atomkerner som bly. I de nye forsøg er langt lettere kerner af ilt-16 og neon-20 blevet sendt mod hinanden.
Vi har dermed flyttet grænsen for, hvor små atomkerner vi kan kollidere og stadig genskabe urstoffet, det man kan kalde et mini-Big Bang, siger You Zhou, der har ledet eksperimentet og indtil for nylig var lektor ved Niels Bohr Institutet.
Kvark-gluon-plasma er en ekstremt varm og tæt tilstand af stof.
I Universets første milliontedel af et sekund var temperaturen så høj, at protoner og neutroner endnu ikke var dannet. Deres byggesten, kvarker og gluoner, bevægede sig i stedet frit.
Da Universet senere blev koldere, blev kvarker og gluoner bundet sammen og dannede blandt andet protoner og neutroner. De blev siden byggestenene i det stof, som stjerner, planeter og mennesker består af.
Ifølge forskeren kan forsøgene være med til at gøre os klogere på, hvordan stoffet i det meget tidlige Univers opførte sig og siden udviklede sig til det stof, vi kender i dag.
En atomkerne som en bowlingkegle
Forsøget har samtidig givet forskerne en anden overraskende mulighed. De kan bruge de ekstreme sammenstød til at undersøge selve formen på atomkernerne. Forskerne kan ikke direkte se den mikroskopiske dråbe af ekstremt varmt stof, der opstår. I stedet undersøger de de partikler, som kommer ud af kollisionen.
Partiklernes bevægelser bærer nemlig et aftryk af den oprindelige atomkernes form, og her spiller neon en særlig rolle. Neon-20-kernen er ikke perfekt rund. Dens form beskrives som aflang og sammenlignes med en bowlingkegle, og når to neonkerner kolliderer, kan denne geometri aflæses i den måde, partiklerne efterfølgende bevæger sig på.
- Det er lidt som at lyse på en genstand og se dens skygge. Du kan ikke se genstanden direkte, men skyggen afslører dens form, forklarer Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, postdoc ved Niels Bohr Institutet og medforfatter til studiet.
På den måde kan de samme eksperimenter både fortælle noget om Universets tidligste stof og om, hvordan atomkerner er bygget op.
Et gammelt mysterium
Netop atomkernens opbygning har en særlig forbindelse til dansk fysikhistorie. Niels Bohrs søn Aage Bohr modtog i 1975 Nobelprisen i fysik sammen med Ben Mottelson og James Rainwater for arbejde med atomkerners struktur og bevægelse. Mere end 50 år senere er der stadig grundlæggende spørgsmål om, hvordan protoner og neutroner organiserer sig inde i atomkerner, og hvordan den stærke kernekraft fungerer.
![]()
Den stærke kernekraft er en af naturens fire fundamentale kræfter. De nye forsøg åbner ifølge forskerne mulighed for at undersøge atomkerner på en anden måde end tidligere, og i stedet for kun at studere dem ved relativt lave energier kan forskerne nu smadre dem sammen ved ekstremt høje energier og aflæse det mønster, kollisionen efterlader.
Næste spørgsmål er, hvor små atomkerner forskerne kan bruge og stadig se tegn på den ekstreme stoftilstand. Et muligt næste skridt er derfor forsøg med helium-4.
- Det fascinerende er, at vi kan bruge det samme eksperiment til både at lære noget om atomernes indre og samtidig blive klogere på, hvad der skete under Universets fødsel, siger You Zhou.
Studiet er udført som en del af det internationale ALICE-samarbejde ved CERN og blev 17. august offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters.