In de vurige smeltkroes van het vroege universum, slechts momenten na de Big Bang, bestond materie zoals we die kennen niet. In plaats daarvan wervelde een oververhitte 'soep' van quarks en gluonen, een toestand van materie bekend als quark-gluonplasma.
Voor het eerst hebben onderzoekers deze oertoestand nauwkeurig gemodelleerd, waarmee een fundamenteel en lang ongrijpbaar stukje van de geschiedenis van de kosmos wordt onthuld. Deze doorbraak, bereikt door een Italiaans onderzoeksteam, biedt ongekende inzichten in de kindertijd van het universum.
De uitdaging ligt in de sterke kernkracht, die quarks aan elkaar bindt. Deze kracht is ongelooflijk intens en geeft zich niet gemakkelijk over aan standaardvergelijkingen. Om dit te overwinnen, gebruikte het team geavanceerde numerieke simulaties, met name lattice quantum chromodynamics (QCD), gecombineerd met de Monte Carlo-methode.
Deze aanpak stelde hen in staat temperaturen te simuleren van meer dan 2 miljoen miljard graden Kelvin, dicht bij de elektrozwakke overgang. Het resultaat is de meest accurate toestandsvergelijking ooit verkregen voor quark-gluonplasma, die fundamentele thermodynamische eigenschappen verbindt.
Verrassend genoeg waren zelfs bij deze extreme temperaturen quarks en gluonen niet vrij. De sterke kracht bleef dominant, eerder dan eerder gedacht. Deze ontdekking verfijnt ons begrip van de geboorte van materie, de scenario's voor de vorming van deeltjes en de evolutie van fundamentele krachten.
Dit onderzoek onderstreept het potentieel van high-performance computing-methoden zoals lattice QCD. Deze tools zullen cruciaal zijn bij het ontrafelen van andere mysteries van de fundamentele fysica, zoals de eenwording van krachten en de momenten na de kosmische inflatie. Het begrijpen van de eerste microseconden van het universum is niet alleen theoretisch; het gaat over het begrijpen van de wortels van het bestaan.