Το «ελάχιστο» πλάσμα κουάρκ-γλουονίου αποκαλύφθηκε από φυσικούς με χρήση του Large Hadron Collider του CERN

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κάνσας, που εργάζονται με μια διεθνή ομάδα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), παρήγαγαν πλάσμα κουάρκ-γλουονίου – μια κατάσταση της ύλης πιστεύεται ότι υπήρξε ακριβώς στη «γέννηση» του σύμπαντος – με λιγότερα σωματίδια από ότι εθεωρείτο δυνατό μέχρι τώρα. Το υλικό ανακαλύφθηκε με σύγκρουση πρωτονίων με πυρήνες μολύβδου, σε υψηλή ενέργεια μέσα στον ανιχνευτή CMS (Compact Muon Solenoid) του LHC. Οι φυσικοί έχουν ονομάσει το πλάσμα που προέκυψε, το «ελάχιστο ρευστό».

«Πριν από τα πειραματικά αποτελέσματα στο CMS, εθεωρείτο ότι αυτό που δημιουργείται στις συγκρούσεις πρωτονίου-μολύβδου θα είναι πολύ μικρό για να δημιουργήσει πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου», δήλωσε ο Quan Wang (στη φωτογραφία), μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Κάνσας, που εργάζεται με την ομάδα στο CERN. Ο Wang πραγματοποίησε τη βασική ανάλυση για μια εργασία σχετικά με το πείραμα που πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο APS Physics.

«Όντως, αυτές οι συγκρούσεις είχαν μελετηθεί ως σημείο αναφοράς για τις συγκρούσεις δύο πυρήνων μολύβδου προκειμένου να διερευνηθούν οι χωρίς πλάσμα κουάρκ-γλουονίου πτυχές των συγκρούσεων», δήλωσε ο Wang. «Η ανάλυση που παρουσιάζεται στην εργασία δείχνει, αντίθετα με τις προσδοκίες, ότι πλάσμα κουάρκ-γλουονίου μπορεί να δημιουργηθεί σε πολύ ασύμμετρες συγκρούσεις πρωτονίων σε μόλυβδο».

Η απρόσμενη ανακάλυψη αναμένεται από τους επιστήμονες που συνεργάζονται με τον ανιχνευτή CMS να ρίξει νέο φως στη φυσική υψηλών ενεργειών. «Είναι η πρώτη εργασία που δείχνει ξεκάθαρα ότι πολλαπλά σωματίδια συσχετίζονται μεταξύ τους σε συγκρούσεις πρωτονίου-μολύβδου, παρόμοια με ότι παρατηρείται στις συγκρούσεις μολύβδου-μολύβδου, όπου παράγεται πλάσμα κουάρκ-γλουονίου», δήλωσε ο Yen-Jie Lee, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο MIT και συν-διοργανωτής της ομάδας φυσικής βαρέων ιόντων του CMS. «Αυτή είναι ίσως η πρώτη απόδειξη ότι στις συγκρούσεις πρωτονίου-μολύβδου παράγεται το μικρότερο σταγονίδιο πλάσματος κουάρκ-γλουονίου».

Ο ερευνητής το Πανεπιστημίου του Κάνσας περιέγραψε το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου ως μια πολύ θερμή και πυκνή κατάσταση της ύλης αδέσμευτων κουάρκς και γλουονίων, που δεν περιέχεται μέσα στα μεμονωμένα νουκλεόνια. «Πιστεύεται ότι αντιστοιχεί στην κατάσταση του σύμπαντος αμέσως μετά το Big Bang», είπε ο Wang. «Η αλληλεπίδραση μεταξύ των πάρτονς – κουάρκς και γλουονίων – εντός του πλάσματος κουάρκ-γλουονίου είναι ισχυρή, που διακρίνει το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου από μια αέρια κατάσταση, όπου αναμένεται μικρή αλληλεπίδραση μεταξύ των συστατικών σωματιδίων».

Ενώ η Φυσική των σωματιδίων υψηλής ενέργειας συχνά επικεντρώνεται στην ανίχνευση των υποατομικών σωματιδίων, όπως το μποζόνιο Higgs που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, η νέα έρευνα του πλάσματος κουάρκ-γλουονίου αντίθετα εξετάζει τη συμπεριφορά ενός όγκου τέτοιων σωματιδίων. Ο Wang είπε ότι τέτοια πειράματα μπορεί να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις κοσμικές συνθήκες την στιγμή που ακολουθεί τη Μεγάλη Έκρηξη.

«Αν και πιστεύουμε ότι η κατάσταση του σύμπαντος περίπου ένα μικρο-δευτερόλεπτο μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη αποτελούνταν από ένα πλάσμα κουάρκ-γλουονίου, υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν καταλαβαίνουμε πλήρως σχετικά με τις ιδιότητες του πλάσματος κουάρκ-γλουονίου», είπε. «Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις από προηγούμενες μετρήσεις στην Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (Relativistic Heavy Ion Collider ) στο Brookhaven National Laboratory, ήταν η σαν ρευστό συμπεριφορά του πλάσματος κουάρκ-γλουονίου. Το να είμαστε σε θέση να διαμορφώσουμε πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου στις συγκρούσεις πρωτονίου-μολύβδου μας βοηθά να προσδιορίσουμε καλύτερα τις συνθήκες που απαιτούνται για την ύπαρξή του».

Πηγή: University of Kansas