Druppeltje oersoep was nog nooit zo klein

Hoe ziet het kleinste ‘vloeistofdruppeltje’ ooit eruit? In elk geval zo klein, dat het alleen indirect waarneembaar is. Helemaal zeker van hun zaak zijn de fysici van het CMS-experiment van het Europese instituut voor deeltjesonderzoek Cern bij Genève dus nog niet. Maar als hun bevinding klopt, dan hebben ze een druppeltje gemaakt uit slechts drie tot vijf protonen, ofwel kerndeeltjes (ArXiv, binnenkort in Physics Letters B).

Die protonen zijn in het druppeltje al uit elkaar gevallen. Eigenlijk is het dus beter om te zeggen dat het bestaat uit de door elkaar krioelende bouwstenen – quarks en gluonen – van protonen. Of nog anders: het is het kleinste drupje oersoep ooit op aarde gemaakt. De fysici zouden daarmee óók hebben aangetoond dat die oersoep, waaruit kort na de oerknal materie ontstond, gemakkelijker na te maken is dan gedacht.

Het standaardrecept voor oersoep was tot dusver: neem twee zware atoomkernen, zoals goudkernen. Jaag die in een deeltjesversneller op tot bijna de lichtsnelheid. Laat ze frontaal op elkaar botsen, en voilà: de temperatuur en materiedichtheid lopen in het botsingspunt zozeer op, dat daar heel kortstondig dezelfde omstandigheden heersen als vlak na de oerknal.

Net als toen krioelen ook na zo’n zware botsing quarks en gluonen dan, heel eventjes, in een plasma door elkaar. Zo’n plasma lijkt daarbij het meest op een vloeistofdruppel, zagen Amerikaanse fysici die aan het begin van dit millennium voor het eerst zo’n druppel maakten met de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) bij Brookhaven in de VS.

Bij de LHC-versneller van Cern deden de fysici iets anders: zij lieten één zo’n klein en licht proton frontaal botsen op een 208 maal zwaardere loodkern. Als je een botsing tussen twee zware lood- of goudkernen vergelijkt met het tegen elkaar gooien van twee appels, dan is een botsing tussen een proton en een loodkern zoiets als een kogel door een appel schieten. En toch ontstond ook nu soms een plasma – een beetje, en alleen op de plek waar ‘de kogel door de appel’ ging.

En nee, dat beetje plasma is niet te zien. De fysici leidden het bestaan ervan af door de deeltjes te bestuderen die al snel uit zo’n plasma ontstaan – net zoals kort na de oerknal materiedeeltjes voortkwamen uit de oersoep. Ze vergeleken die deeltjes met voorspellingen van verschillende modellen, en het model waarin het plasma zich als een vloeistofdruppeltje gedroeg, kwam als beste uit de bus. En ja, geven ze toe, het is gek om van een vloeistof te spreken als die uit zo weinig deeltjes bestaat. Maar toch, als het klopt, dan zou je dit het beginnetje van vloeibare oersoep moeten noemen.

Margriet van der Heijden