Het plasma van quarks en gluonen dat bij botsingen van loodkernen in de LHC-versneller ontstaat, bestaat vermoedelijk ook bij lichtere kernen en zelfs botsende protonen. Dat meldt het ALICE-experiment op CERN.
In een nieuwe analyse in Nature Communications melden onderzoekers van de ALICE-samenwerking een opmerkelijke gelijkenis tussen patronen in proton-proton, proton-lood en lood-lood-botsingen. “Het formaat van de botsende systemen is niet bepalend voor het ontstaan van quark-gluonplasma’s”, concluderen ze.
Het ALICE-experiment bestudeert de gecompliceerde botsingsprocessen. Nikhef is via de Universiteit Utrecht een prominente partner in het onderzoeksprogramma met ALICE.
Het quarkgluonplasma is de vorm waarin extreem hete en dichte materie microseconden na de oerknal bestond. Tot nog toe wordt dat plasma vooral bestudeerd door zware ionen op elkaar te schieten, ondermeer op CERN.
Gedacht werd dat bij kleinere systemen de druk en temperatuur onvoldoende zouden zijn om een plasma van quarks en gluonen te veroorzaken.
Voor de analyses werden waarnemingen van ALICE uit de periode 2016-2018 nader bestudeerd. In de LHC-versneller op CERN worden gewoonlijk een paar weken per jaar zware ionen als lood versneld voor speciale experimenten, de rest van het jaar protonen.
Een sterke aanwijzing voor het ontstaan van het quarkgluonplasma is de zogenoemde anisotrope flow, waarbij de deeltjes die bij de botsing uit het ziedende plasma ontstaan vooral in bepaalde richting bewegen.
Uit de quarks vormen zich bij het afkoelen van het plasma baryonen met drie quarks en mesonen met twee quarks. Uit de lood-experimenten is al bekend dat de zwaardere baryonen geconcentreerder bewegen dan de iets lichtere mesonen.
Volgens de nieuwe analyses blijkt dat verschil ook zichtbaar in botsingen van protonen op lood en zelfs in botsende protonen. Dat is volgens de onderzoekers een aanwijzing dat bij alle botsingen steeds dezelfde vergelijkbare expanderende quarksystemen een rol spelen.
Eind 2025 deed ALICE voor het eerst experimenten met botsende zuurstof-kernen in de LHC-versneller, die veel lichter zijn dan loodionen maar zwaarder dan protonen. “We verwachten dat die metingen het gat tussen protonbotsingen en loodbotsingen gaan invullen, waardoor we meer leren over de aard en evolutie van het quarkgluonplasma.”
De analyses van de zuurstofbotsingen in ALICE worden later dit jaar verwacht.
