Απεικόνιση της σύγκρουσης ανάμεσα σε πρωτόνια και πυρήνες μολύβδου. Το
πράσινο αντιστοιχεί στις τροχιές των παραγόμενων υποατομικών σωματιδίων
(Πηγή: CMS Collaboration)
Γενεύη
Αναγκάζοντας πρωτόνια να
συγκρουστούν με βαριά ιόντα μολύβδου σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός,
ερευνητές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων φαίνεται ότι δημιούργησαν τα
μικρότερα σταγονίδια υγρού που έχουν καταγραφεί ποτέ. Όμως το «υγρό» από
το οποίο αποτελούνται δεν έχει καμία σχέση με τα υγρά που γνωρίζουμε
στην καθημερινή ζωή. Τα εφήμερα σταγονίδια που καταγράφηκαν στον LHC έχουν μέγεθος που
αντιστοιχεί σε τρία με πέντε πρωτόνια. Είναι επομένως περίπου 100.000
φορές μικρότερα από ένα άτομο υδρογόνου και 100 εκατομμύρια φορές
μεγαλύτερα από έναν μέσο ιό...
Το πλάσμα
Οι ερευνητές θεωρούν ότι τα σταγονίδια αυτά είναι υγρά επειδή η ροή τους θυμίζει περισσότερο τα υγρά από ό,τι οποιαδήποτε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση της φύσης. Συγκεκριμένα, τα σταγονίδια φαίνεται ότι αποτελούνται από «πλάσμα κουάρκ-γλουονίων». Τα κουάρκ είναι τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, ενώ τα γλουόνια είναι οι φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης που συνδέει τα κουάρκ μεταξύ τους. Και το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων σχηματίζεται όταν τα πρωτόνια και τα νετρόνια «λιώνουν» σε ακραία υψηλές θερμοκρασίες.
Η ασυνήθιστη αυτή κατάσταση της ύλης παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 2000 σε επιταχυντή του αμερικανικού Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven στο Λονγκ Άιλαντ. Οι φυσικοί πίστευαν αρχικά ότι το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων συμπεριφέρεται σαν αέριο, αργότερα όμως συνειδητοποίησαν ότι παρουσιάζει ιδιότητες των υγρών.
Σήμερα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ολόκληρο το Σύμπαν αποτελούνταν από αυτή τη σούπα κουάρκ και γλουονίων τις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του, όταν ήταν υπερβολικά καυτό για να επιτρέψει την εμφάνιση της ύλης όπως την γνωρίζουμε σήμερα. Πλάσμα κουάρκ-γλουονίων είχε δημιουργηθεί και στο παρελθόν τόσο στον LHC όσο και σε άλλους επιταχυντές. Παράχθηκε όμως από συγκρούσεις ανάμεσα σε σωματίδια μεγάλης μάζας, όπως πυρήνες χρυσού και μολύβδου.
Οι συγκρούσεις
Στο τελευταίο πείραμα, η ενέργεια των συγκρούσεων ήταν πολύ μικρότερη: πυρήνες (ιόντα) μολύβδου αναγκάστηκαν να συγκρουστούν με πρωτόνια, των οποίων η μάζα είναι 208 φορές μικρότερη,
Περιέργως, όμως, σταγονίδια κουάρκ-γλουονίων εμφανίστηκαν στον ανιχνευτή CMS του LHC ακόμα και σε αυτές τις συγκρούσεις χαμηλής ενέργειας.
«Οι συγκρούσεις ανάμεσα σε πυρήνες μολύβδου είναι σαν να συγκρούεται ένα μήλο με ένα άλλο μήλο. Οι συγκρούσεις πρωτονίων-μολύβδου είναι σαν να πυροβολεί κανείς ένα μήλο με μια σφαίρα: η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ μικρότερη» σχολιάζει η Τζούλια Βελκόφσκα του αμερικανικού Πανεπιστημίου Vanderbilt, επικεφαλής της μελέτης στον LHC.
Δεδομένου πάντως ότι το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων παραμένει ακόμα και σήμερα η λιγότερο μελετημένη κατάσταση της ύλης, τα συμπεράσματα της μελέτης θα πρέπει να επιβεβαιωθούν με ανεξάρτητα πειράματα. Η έρευνα έχει υποβληθεί για δημοσίευση στην επιθεώρηση «Physics Letters B».
Οι ερευνητές θεωρούν ότι τα σταγονίδια αυτά είναι υγρά επειδή η ροή τους θυμίζει περισσότερο τα υγρά από ό,τι οποιαδήποτε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση της φύσης. Συγκεκριμένα, τα σταγονίδια φαίνεται ότι αποτελούνται από «πλάσμα κουάρκ-γλουονίων». Τα κουάρκ είναι τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, ενώ τα γλουόνια είναι οι φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης που συνδέει τα κουάρκ μεταξύ τους. Και το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων σχηματίζεται όταν τα πρωτόνια και τα νετρόνια «λιώνουν» σε ακραία υψηλές θερμοκρασίες.
Η ασυνήθιστη αυτή κατάσταση της ύλης παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 2000 σε επιταχυντή του αμερικανικού Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven στο Λονγκ Άιλαντ. Οι φυσικοί πίστευαν αρχικά ότι το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων συμπεριφέρεται σαν αέριο, αργότερα όμως συνειδητοποίησαν ότι παρουσιάζει ιδιότητες των υγρών.
Σήμερα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ολόκληρο το Σύμπαν αποτελούνταν από αυτή τη σούπα κουάρκ και γλουονίων τις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του, όταν ήταν υπερβολικά καυτό για να επιτρέψει την εμφάνιση της ύλης όπως την γνωρίζουμε σήμερα. Πλάσμα κουάρκ-γλουονίων είχε δημιουργηθεί και στο παρελθόν τόσο στον LHC όσο και σε άλλους επιταχυντές. Παράχθηκε όμως από συγκρούσεις ανάμεσα σε σωματίδια μεγάλης μάζας, όπως πυρήνες χρυσού και μολύβδου.
Οι συγκρούσεις
Στο τελευταίο πείραμα, η ενέργεια των συγκρούσεων ήταν πολύ μικρότερη: πυρήνες (ιόντα) μολύβδου αναγκάστηκαν να συγκρουστούν με πρωτόνια, των οποίων η μάζα είναι 208 φορές μικρότερη,
Περιέργως, όμως, σταγονίδια κουάρκ-γλουονίων εμφανίστηκαν στον ανιχνευτή CMS του LHC ακόμα και σε αυτές τις συγκρούσεις χαμηλής ενέργειας.
«Οι συγκρούσεις ανάμεσα σε πυρήνες μολύβδου είναι σαν να συγκρούεται ένα μήλο με ένα άλλο μήλο. Οι συγκρούσεις πρωτονίων-μολύβδου είναι σαν να πυροβολεί κανείς ένα μήλο με μια σφαίρα: η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ μικρότερη» σχολιάζει η Τζούλια Βελκόφσκα του αμερικανικού Πανεπιστημίου Vanderbilt, επικεφαλής της μελέτης στον LHC.
Δεδομένου πάντως ότι το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων παραμένει ακόμα και σήμερα η λιγότερο μελετημένη κατάσταση της ύλης, τα συμπεράσματα της μελέτης θα πρέπει να επιβεβαιωθούν με ανεξάρτητα πειράματα. Η έρευνα έχει υποβληθεί για δημοσίευση στην επιθεώρηση «Physics Letters B».
www.tovima.gr
