Επιστήμονες «πήραν τη θερμοκρασία» του Σύμπαντος λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Rice κατάφεραν να υπολογίσουν τη θερμοκρασία του Σύμπαντος αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, προσφέροντας τη πιο ακριβή ματιά που είχαμε ποτέ στις πρώτες στιγμές της κοσμικής δημιουργίας.

Με τη βοήθεια συγκρούσεων σωματιδίων υψηλής ενέργειας, οι επιστήμονες μελέτησαν το πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων (QGP) – μια μορφή ύλης που υπήρχε για ελάχιστα δευτερόλεπτα μετά το Big Bang. Οι μετρήσεις τους αποκάλυψαν θερμοκρασίες από 2 έως 3 τρισεκατομμύρια Kelvin, ανοίγοντας νέο δρόμο στην κατανόηση της εξέλιξης του Σύμπαντος από καθαρή ενέργεια σε ύλη.

Το «θερμικό αποτύπωμα» της αρχής των πάντων

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον φυσικό Frank Geurts,ανέπτυξε έναν ευφυή τρόπο να «δει» τη θερμότητα του QGP χωρίς να χρειάζεται φυσικά όργανα που θα καταστρέφονταν από τις ακραίες συνθήκες.

Μελετώντας ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων που παράγονται στις συγκρούσεις βαρέων ιόντων στο Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) της Νέας Υόρκης, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανιχνεύσουν την πραγματική θερμοκρασία του πλάσματος.

«Οι μετρήσεις μας αποκάλυψαν το θερμικό αποτύπωμα του QGP», δήλωσε ο Geurts. «Μπορούμε πλέον να παρακολουθήσουμε πότε και πώς άρχισε να ψύχεται το Σύμπαν».

Από την καυτή αρχή στη γέννηση της ύλης

Η μελέτη κατέγραψε δύο χαρακτηριστικές φάσεις:

• περίπου 2,01 τρισεκατομμύρια Kelvin όταν το πλάσμα άρχισε να μετατρέπεται σε ύλη,
• και περίπου 3,25 τρισεκατομμύρια Kelvin στα πρώτα, πιο καυτά στάδια της δημιουργίας.

Η διαφορά αυτή δείχνει πώς το Σύμπαν πέρασε από την κατάσταση καθαρής ενέργειας στη δημιουργία των πρώτων δομικών στοιχείων της ύλης των πρωτονίων και νετρονίων.

Νέο κεφάλαιο στην κατανόηση της ύλης

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications, θεωρείται σταθμός στην προσπάθεια των φυσικών να χαρτογραφήσουν το λεγόμενο «διάγραμμα φάσεων QCD» – ένα μοντέλο που εξηγεί πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε ακραίες θερμοκρασίες, όπως στο εσωτερικό των αστέρων νετρονίων.

«Πρόκειται για ένα βήμα πέρα από τη μέτρηση», τονίζει ο Geurts. «Ανοίγει μια νέα εποχή εξερεύνησης των πιο ακραίων συνθηκών της ύλης στο Σύμπαν».

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της συνεργασίας STAR και υποστηρίχθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.