Noi rezultate obtinute in cadrul experimentului ALICE la marele accelerator de particule de la Geneva arata cum in ciocnirile dintre protoni se produc particule care contin cuarci de tip straniu. Acest rezultat neasteptat este la ora actuala analizat de catre cercetatori pentru a se intelege cum iau nastere astfel de particule si ce putem afla despre Big Bang din studiul acestora.
Lumea particulelor elementare este descrisa de catre asa-numitul Model Standard al fizicii particulelor elementare, care contine toate particulele elementare (care nu au o structura) descoperite pana acum. Printre acestea sa gasesc electronii dar si cuarcii de tipul „up” si „down” care alcatuiesc protonii si neutronii ce compun atomii si materia vizibila din Univers. Modelul Standard contine insa si alte tipuri de cuarci, precum cel „straniu”, pe care il putem gasi insa doar in particule care traiesc foarte putin intrucat se dezintegreaza. Aceste particule sunt generate ori in urma interactiunilor razelor cosmice cu atomii din atmosfera, ori la acceleratoaree de particule.
Pentru studii ale Modelului Standard dar si al eventualelor particule care nu sunt continute in acest model, precum particule de materie intunecata, daca aceasta exista, a fost realizat marele accelerator de particule de la Geneva, Large Hadron Collider (LHC). Acest accelerator are o circumferenta de circa 27 kilometri si accelereaza fascicule de protoni sau ioni de plumb la viteze foarte apropiate de cea a luminii, avand recordul mondial la acest capitol. Mai multe experimente sunt in functiune la LNH de cativa ani de zile si au realizat deja descoperii importante – precum cea a bosonul Higgs, care era ultima particula ce lipsea din Modlul Standard din punct de vedere experimental.
Iata insa ca o noua descoperire, neasteptata, a fost efectuata recent de catre experimentul ALICE, care are drept obiectiv studiul interactiunilor dintre fascicule de ioni de plumb sau protoni la energii extrem de mari, pentru a realiza asa-numita plasma de cuarci si gluoni, care se crede ca ar fi existat imediat dupa Big Bang.
Temperatura echivalenta la care se ajunge in aceasta plasma de cuarci si gluoni este de circa 100.000 de ori mai mari decat cea din centrul Soarelui si, se crede, ar fi existat la circa o milionime de secunda dupa nasterea Universului nostru. La ora actuala cuarcii sunt „prizonieri” in protoni si neutroni, tinuti in interiorul acestora de catre interactiunea puternica (care are loc prin schimb de gluoni – echivalentul fotonilor pentru forta tare). Protonul contine doi cuarci de tip „up” si unul „down” in timp ce neutronul doi cuarci de tip „down” si unu „up”.
Se crede insa ca imediat dupa Big Bang cuarcii erau liberi, acestia formand protonii si neutronii doar in urma racirii Universului (in urma expansiunii) . Este exact ceea ce studiaza ALICE, dorind sa re-creeze conditiile care se crede ca existau imediat dupa Big Bang.
In urma interactiunii dintre fasciculele de ioni de plumb a fost observata nasterea de particule care contin, pe langa cuarcii „up” si „down” si cuarci de tip „straniu”. Acestia din urma sunt mai grei decat primii doi, si fac parte din asa-numita a doua familie de particule din cadrul Modelului Standard. Generarea de particule (precun kaonii) care contin cuarci stranii in interactiunea dintre ionii de plumb era de asteptat, conorm teoriei. Mai putin insa era de asteptat ca particule „stranii” sa ia nastere inclusiv in interactiunile dintre fascicule de protoni. Cercetatorii din ALICE insa au observat cum si in urma acestor interactiuni iau nastere o serie de particule care contin cuarci „stranii”. Acest fenomen neasteptat da de lucru teoreticienilor, care incearca sa inteleaga cum are loc acest proces si, mai ales, care sunt implicatiile in intelegerea fenomenelor ce au avut loc imediat dupa Big Bang. Ce rol au cuarcii stranii in formarea si evolutia Universului nostru? Ce rol au acestia in Universul actual? O ipoteza in faza de studiu este cea legata de prezenta acestor cuarci in interiorul stelelor de neutroni.
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
Recomandările noastre
