Τα πειράματα του στο CERN φέρνουν νέα στοιχεία για την ύλη του αρχέγονου σύμπαντος

Γενεύη, 13 Αυγούστου 2012.
Πειράματα με τη χρήση βαρέων ιόντων στον  Large Hadron Collider (LHC) του CERN προχωρούν κατανόηση του αρχέγονου σύμπαντος.

Τα πειράματα ALICE, ATLAS και CMS έχουν κάνει νέες μετρήσεις του είδους της ύλης που πιθανότατα υπήρχαν στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Τα τελευταία αποτελέσματα τους παρουσιάστηκαν στο συνέδριο Quark Matter 2012, στην Ουάσιγκτον. Τα νέα ευρήματα βασίζονται κυρίως στην επί τεσσάρων εβδομάδων λειτουργία του LHC με ιόντα μολύβδου το 2011, κατά το οποίο τα πειράματα συνέλεξαν 20 φορές περισσότερα δεδομένα από ό,τι το 2010.

Αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τα κουάρκ και τα γλουόνια - βασικά δομικά στοιχεία της ύλης - δεν περιορίζονται μέσα σε πιο σύνθετα σωματίδια, όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια, όπως είναι σήμερα. Αντ΄ αυτού, έχουν μετακινούνται ελεύθερα σε μια κατάσταση της ύλης είναι γνωστή ως «πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων". Οι συγκρούσεις των ιόντων μολύβδου στον LHC, ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, αναπαράγονται για μια φευγαλέα στιγμή συνθήκες παρόμοιες με αυτές του πρώιμου σύμπαντος. Εξετάζοντας ένα δισεκατομμύριο από αυτές τις συγκρούσεις, τα πειράματα έχουν τη δυνατότητα να κάνουν πιο ακριβείς μετρήσεις των ιδιοτήτων της ύλης κάτω από αυτές τις ακραίες συνθήκες.

«Το πεδίο των βαρέων ιόντων φυσικής είναι ζωτικής σημασίας για την διερεύνηση των ιδιοτήτων της ύλης στο  αρχέγονο σύμπαν, ένα από τα βασικά ζητήματα της θεμελιώδους φυσικής που ο LHC και τα πειράματά του έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίσουν. Φαίνεται, πως εκτός από την έρευνα του μποζονίου του Higgs, οι φυσικοί στον LHC μελετούν πολλά άλλα σημαντικά φαινόμενα τόσο μεταξύ συγκρούσεων πρωτονίου-πρωτονίου όσο και συγκρούσεων μολύβδου-μολύβδου", δήλωσε ο Γενικός Διευθυντής του CERN  Rolf Heuer.

Στο συνέδριο, οι συνεργασίες των πειραμάτων ALICE, ATLAS και CMS θα παρουσιαστούν λεπτομερώς την πυκνότερη και πιο θερμή ύλη που έχει μελετηθεί ποτέ στο εργαστήριο (100.000 φορές θερμότερη από το εσωτερικό του Ήλιου και πυκνότερη από ένα αστέρι νετρονίων).

Το ALICE θα παρουσιάσει μια πληθώρα από νέα αποτελέσματα σχετικά με όλες τις πτυχές της εξέλιξης, υψηλής πυκνότητας, αλληλεπίδρασης ύλης στο χώρο και το χρόνο. Σημαντικές μελέτες ασχολούνται με «γοητευτικά σωματίδια », τα οποία περιέχουν ένα αντιγοητευτικό κουάρκ. Τα γοητευτικά κουάρκ ("γοητευτικό" ένα από τα έξι είδη κουάρκ), που είναι 100 φορές βαρύτερα από τα up και down κουάρκ που αποτελούν την κανονική ύλη, επιβραδύνθηκαν σημαντικά από το πέρασμά τους από πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων, προσφέροντας στους επιστήμονες ένα μοναδικό εργαλείο για να εξετάσουν τις ιδιότητές του. Οι  φυσικοί του ALICE  θα αναφέρουν τις ενδείξεις ότι η ροή στο πλάσμα είναι τόσο ισχυρή ώστε τα βαριά "γοητευτικά" σωματίδια μαγεμένα παρασύρονται από αυτό. Το πείραμα έχει δείξει, επίσης, ότι ένα φαινόμενο, το φαινόμενο της θερμοποίησης το οποίο περιλαμβάνει τον ανασχηματισμό του γοητευτικού και αντιγοητευτικού κουάρκ που σχηματίσουν το "charmonium".

"Αυτό είναι μόνο ένα παράδειγμα από τις επιστημονικές ευκαιρίες που προσφέρει το πείραμα ALICE," δήλωσε ο Paolo Giubellino, εκπρόσωπος της συνεργασίας ALICE. "Με περισσότερα δεδομένα και ακόμα περισσότερα με αυτά που θα προκύψουν από περαιτέρω αναλύσεις που έχουν προγραμματιστεί για τον προσεχή Φεβρουάριο, είμαστε πιο κοντά από ποτέ άλλοτε για την διαλεύκανση των ιδιοτήτων του αρχέγονου σύμπαντος : . το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων "

Στη δεκαετία του 1980, ο αρχικός διαχωρισμός των charmonium προτάθηκε ως άμεση απόδειξη για το σχηματισμό του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων και η πρώτη πειραματική ένδειξη αυτού του διαχωρισμού αναφέρθηκε από τα πειράματα στο Super Proton Synchrotron του CERN το 2000. Η πολύ υψηλότερη ενέργεια του LHC δίνει τη δυνατότητα για πρώτη φορά να μελετήσουν παρόμοια στενά συνδεδεμένες καταστάσεις με τα βαρύτερα "όμορφα" κουάρκ. Η υπόθεση ήταν ότι, ανάλογα με την ενέργεια σύνδεσής τους, μερικές από αυτές τις καταστάσεις θα "λιώσουν" στο παραγόμενο πλάσμα, ενώ άλλες θα επιβιώσουν στην υπερβολική θερμοκρασία. Το πείραμα CMS παρατηρεί πλέον σαφείς ενδείξεις για την αναμενόμενη διαδοχική κατάσταση κατάπτωσης του "quarkonium" (κουάρκ-αντικουάρκ).

"Το CMS θα παρουσιάσει σημαντικά αποτελέσματα νέων βαρέων ιόντων όχι μόνο για την κατάπτωση των quarkonium, αλλά και άλλες ιδιότητες του μέσου και ποικιλία άλλων μελετών σχετικά με την σβέση των πιδάκων" δήλωσε ο εκπρόσωπος του CMS Joseph Incandela. «Μπαίνουμε σε μια νέα συναρπαστική εποχή υψηλής ακρίβειας έρευνας, σχετικά με τις έντονα αλληλεπιδράσεις της ύλης στις υψηλότερες ενέργειες που παράγονται στα εργαστήρια".

Η σβέση των πιδάκων είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ψεκασμοί από σωματίδια υψηλής ενέργειας διασπώνται στο πυκνό πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων, δίνοντας στους επιστήμονες λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την πυκνότητα και τις ιδιότητες της παραγόμενης ύλης. Το ATLAS θα αναφέρει νέα ευρήματα για απόσβεση πιδάκων, συμπεριλαμβανομένης μιας μελέτης υψηλής ακρίβειας για το πώς οι πίδακες θρυμματίζονται πάνω στην ύλη, καθώς και για τις συσχετίσεις μεταξύ πιδάκων και ηλεκτρασθενών μποζονίων. Τα αποτελέσματα είναι συμπληρωματικά σε άλλα εξ ίου συναρπαστικά πειράματα, συμπεριλαμβανομένων πρωτοποριακή ευρημάτων σχετικών με τη ροή του πλάσματος.

" Έχουμε εισέλθει σε μια νέα φάση κατά την οποία δεν παρατηρούμε μόνο το φαινόμενο του πλάσματος κουάρκ - γκλουονίων, αλλά που μπορούμε να κάνουμε, επίσης, υψηλής ακρίβειας μετρήσεις χρησιμοποιώντας μια ποικιλία από ανιχνευτές", δήλωσε ο εκπρόσωπος του ATLAS Fabiola Gianotti. «Οι μελέτες αυτές θα συμβάλει σημαντικά στην κατανόηση του πρώιμου σύμπαντος."

Πηγή, CERN

Απόδοση στα Ελληνικά, Δημήτρης Γιάκας