Amerikaanse onderzoekers hebben goudkernen met bijna de lichtsnelheid op elkaar laten botsen. In de extreem dichte materie die daarbij ontstond, ontdekten ze een opvallende dip die mogelijk wijst op een langgezocht kritisch punt.
De metingen werden uitgevoerd met de STAR-detector van de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) bij het Brookhaven National Laboratory. Deze deeltjesversneller onderzocht vanaf 2000 exotische vormen van kernmaterie en voltooide op 6 februari 2026 zijn laatste experimentele programma.
Miniatuurversie van de oerknal
De metingen werden uitgevoerd met de STAR-detector van de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) bij het Brookhaven National Laboratory. Deze deeltjesversneller liet zware atoomkernen met bijna de lichtsnelheid op elkaar botsen. RHIC was vanaf 2000 operationeel en voltooide op 6 februari 2026 zijn laatste experimentele programma.
Bij de hoogste botsingsenergieën smelten de grenzen tussen protonen en neutronen als het ware weg. Hun bouwstenen, quarks en gluonen, komen dan vrij in een quark-gluonplasma. Deze exotische toestand van materie zou kort na de oerknal het heelal hebben gevuld.
De onderzoekers richtten zich nu juist op botsingen met lagere energieën. Daarbij vallen protonen en neutronen niet volledig uiteen, maar wordt kernmaterie samengeperst tot dichtheden die vergelijkbaar zijn met die in neutronensterren. Volgens STAR-onderzoeker Rutik Manikandhan ontstaat zo een miniatuurversie van de omstandigheden tijdens de oerknal.
Scherpe dip bij lage energieën
Het team analyseerde goud-goudbotsingen met energieën tussen 3 en 7,7 miljard elektronvolt per kerndeeltje. De resultaten werden vergeleken met eerdere STAR-metingen die doorlopen tot 200 GeV.
Centraal stond de vraag hoeveel de impuls van geproduceerde deeltjes van botsing tot botsing varieert. Deeltjes uit hetere materie hebben gemiddeld een hogere impuls. Veranderingen in de onderlinge impulscorrelaties geven daardoor indirect informatie over temperatuurschommelingen in de kortlevende vuurbal die na een botsing ontstaat.
De gemeten fluctuaties namen vanaf 3 GeV sterk af en bereikten tussen ongeveer 5,2 en 7,7 GeV een minimum. Bij hogere energieën liepen ze weer op. Daarmee wijkt het resultaat duidelijk af van een verwachte geleidelijke ontwikkeling met de botsingsenergie.
Mogelijk spoor van kritisch punt
De dip kan wijzen op onderdrukte temperatuurschommelingen. Volgens theoretische modellen kan dergelijk gedrag optreden in de omgeving van een kritisch punt, waar de aard van de faseovergang in kernmaterie verandert. Nabij zo’n punt kan materie energie opnemen zonder dat de temperatuur even sterk stijgt.
Het resultaat vormt echter geen bewijs dat dit kritische punt daadwerkelijk is gevonden. Ook andere verklaringen blijven mogelijk. Een veelgebruikt simulatiemodel zonder kritische-puntfysica, het A Multi-Phase Transport-model, wist de gemeten dip niet te reproduceren. Dat maakt de waarneming interessanter, maar nog niet doorslaggevend.
De onderzoekers benadrukken dat meerdere onafhankelijke meetbare effecten nodig zijn om het kritische punt overtuigend vast te stellen. De bevinding, gepubliceerd in Physical Review Letters, biedt daarvoor wel een opvallend nieuw aanknopingspunt en kan helpen om het gedrag van materie onder de extreemste omstandigheden beter in kaart te brengen.
