Fizycy z CERN twierdzą, że udało im się przypadkowo stworzyć w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) plazmę kwarkowo-gluonową, materię Wielkiego Wybuchu. Wyniki tych eksperymentów zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Physics.
„Jesteśmy bardzo zadowoleni z tego odkrycia. Mamy nową możliwość badania materii w jej pierwotnym stanie. Możliwość badania plazmy kwarkowo-gluonowej w prostszych i wygodniejszych warunkach, takich jak zderzenia protonów, otwiera przed nami zupełnie nowy wymiar tego, jak możemy badać zachowanie wszechświata podczas Wielkiego Wybuchu i przed nim”- powiedział Federico Antinori (Federcio Antinori), oficjalny przedstawiciel współpracy ALICE w LHC.
Tak zwana plazma kwarkowo-gluonowa lub „quagma” to materia „rozłożona” na drobne cząstki - kwarki i gluony, zwykle utrzymywane wewnątrz protonów, neutronów i innych cząstek w wyniku silnych oddziaływań jądrowych. Do „uwolnienia” kwarków i gluonów potrzebne są gigantyczne temperatury i energie, które, jak sądzą dziś naukowcy, istniały w przyrodzie dopiero w czasie Wielkiego Wybuchu.
Około dziesięć lat temu fizycy odkryli, że takie warunki można stworzyć zderzając ze sobą wystarczająco ciężkie jony za pomocą potężnych akceleratorów cząstek. Naukowcy przez długi czas uważali, że quagmy nie da się uzyskać w żaden inny sposób, ale w zeszłym roku dostrzegli pierwsze oznaki, że tak nie jest, kiedy badali wyniki najnowszych eksperymentów na detektorze CMS w LHC. Okazało się, że „pierwotną materię Wszechświata” tworzą zderzenia pojedynczych protonów i jonów ołowiu.
Antinori i jego współpracownicy odkryli, że rodzaj analogu quagmy występuje również, gdy zderzają się ze sobą protony, badając dane zebrane przez detektor ALICE po ponownym uruchomieniu LHC w kwietniu 2015 r. Do dnia dzisiejszego.
Protony i neutrony składają się z dwóch typów cząstek subatomowych - kwarków „dolnych” (d) i „górnych” (u). Istnieją cztery inne typy kwarków - urocze (b), zaczarowane (©), dziwne (s) i prawdziwe (t). Stanowią podstawę egzotycznych form materii i nie istnieją w przyrodzie w stabilnej postaci. Wszystkie te kwarki, jak twierdzą naukowcy, mogą tworzyć się tylko w obecności „wolnych” gluonów, wewnątrz plazmy kwarkowo-gluonowej.
Jak pokazały obserwacje w ALICE, zderzenie protonów ze sobą często prowadziło do pojawienia się mikroskopijnych "chmur" plazmy kwarkowo-gluonowej - "zupy" kwarków i gluonów ze zniszczonych protonów podgrzanych do niewyobrażalnie wysokich temperatur - około czterech bilionów stopni Celsjusza. Jego ślady w postaci cząstek zawierających tak zwane „dziwne” kwarki zostały wykryte przez detektor w dużych ilościach.
Co ciekawe, cząstki z dużą liczbą „dziwnych” kwarków pojawiały się częściej niż inne produkty zderzeń protonów. Naukowcy uważają, że wskazuje to na niezwykłe okoliczności ich narodzin związane z warunkami panującymi w plazmie kwarkowo-gluonowej w momencie jej powstawania.
Film promocyjny:
To, ich zdaniem, sugeruje, że właściwości „quagmy” można badać za pomocą zderzeń protonów, które są „wygodne” dla fizyków, a nie złożonych ciężkich jonów, co przybliży nas do zrozumienia, jak Wszechświat wyglądał przed i podczas Wielkiego Wybuchu.