Experimentul ALICE de la marele accelerator de particule LHC de la Geneva a efectuat o serie de măsurători și caracterizări ale modului în care este produsă antimateria în procese nucleare.

Caracterizarea acestor tipuri de procese ne poate ajuta in vanatoarea materiei intunecata care ar putea genera in urma dezintegrarii sau anihilarii de particule de materie intunecata tocmai antimaterie.

Exista o relatie intre antimaterie si materia intunecata? Da, o relatie destul de directa – cum va voi relata in cele ce urmeaza.

Antimateria este compusa practic din particule pe care le cunoastem, adica asemanatoare cu cele care compun materia normala insa cu sarcina electrica (si alte proprietati cuantice) opuse. Astfel, un proton cu sarcina electrica pozitiva are ca antiparticula un antiproton cu sarcina negativa.

Ce se intampla insa in cazul neutronului, care este neutru din punct de vedere electric? Ei bine, neutronul este compus din cuarci, doi cuarci down si unul up, care au sarcini electrice -1/3 si +2/3.

Antineutronul este compus din anticuarci, cu sarcini electrice opuse: antidown, +1/3 si antiup, -2/3.

Materia intunecata este un mister; nu stim la ora actuala din ce este alcatuita, ba mai mult, nu toti oamenii de stiinta sunt convinsi de existenta acesteia. Ar fi compusa din particule care nu fac parte din famia Modelului Standard. Au fost propouse mai multe solutii acestei dileme, printre care si cea a modelului supersimetric, care spune ca fiecare particula din modelul standard are un frate sau o sora intr-o lume super-simetrica (cu spin diferit). Aceste particule au nume precum neutralino, sneutrin…si nu au fost descoperite pana in prezent.

Printre metodele pe care le avem la dispozitie pentru a descoperi materia intunecata se numara si metode indirecte: adica nu masuram direct particulele de materie intunecata, ci ceea ce rezulta ori din dezintegrarea acestora, ori din anihilarea unei particule de materie intunecata cu antiparticula corespunzatoare. Experimente precum AMS, situat pe ISS (International Space Station), cauta sa masoare excese de antimaterie care ar putea sa fie un semnal al proceselor amintite generate de materia intunecata.

Astfel, AMS cauta sa masoare antideuteroni, nuclee de antihidrogen greu, compuse dintr-un antiproton si un antineutron. Cum insa antideuteronii sunt produsi si in urma altor procese, cum ar fi interactiuni ale razelor cosmice cu nucleele din mediul interstelar, inainte sa putem afirma ca au fost descoperite semnale indirecte ale materiei intunecate trebuie sa cunoastem foarte bine acele procese standard, adica explicate de modelul standard al fizicii particulelor elementare, care dau nastere antideutreonilor.

Este exact ceea ce a facut experimentul ALICE de la marele accelerator de particule Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, Geneva. ALICE este unul dintre cele patru mari experimente de la LHC, celelalte fiind ATLAS, CMS si LHCb, si are ca obiectiv principal masurarea asa-numitei plasme de cuarci si gluoni, adica supa primordiala imediat dupa Big Bang care a format practic materia si Universul pe care-l vedem astazi si din care facem parte.

ALICE insa a efectuat si alte masuratori, precum cea in cadrul careia a reusit sa caracterizeze acele procese care dau nastere deuteronilor in urma interactiunii particulelor de mare energie din fasciculele de la LHC cu materia nucleara, procese asemanatoare cu ceea ce se intampla atunci cand razele cosmice interactioneaza cu nucleele din Univers.

Acest rezultat permite cercetatorilor de la AMS sa vada daca in ceea ce masoara exista diferente fata de rezultatele obtinute de ALICE. Daca se observa diferente, adica daca numarul deuteronilor observati este mai mare decat cel prevazut doar din procesele cunoscute, atunci este foarte posibil sa fim in prezenta primelor semnale datorate materiei intunecate (pe langa gravitatia pe care aceasta o exercita asupra materie vizibile din galaxii).

Materia intunecata, compozitia acesteia dar si distributia ei in Univers raman mistere ale fizicii moderne care asteapta sa fie descifrate. Masuratori precum cele efectuate de ALICE ne apropie poate de solutia misterului.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al  Scientia.ro