Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) του CERN ξεκίνησε τις πρώτες συγκρούσεις ιόντων οξυγόνου, στην προσπάθεια του να κατανοήσει το πρώιμο Σύμπαν. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής της Γης και είναι διάσημος για τις συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων, που τελικά οδήγησαν στην ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, που ονομάστηκε σωματίδιο του Θεού, καθώς είναι υπεύθυνο για την προσδόκιμη μάζα σε στοιχειώδη σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουαρκ και τα άλλα μποζόνια ασθενών δυνάμεων. Όμως ο LHC μπορεί να κάνει και συγκρούσεις σε βαριά ιόντα, μεγαλύτερέ άτομα ή μόρια που έχουν ηλεκτρικό φορτίο, κερδίζοντας ή χάνοντας ηλεκτρόνια.
Όταν γίνονται συγκρούσεις βαρέων ιόντων, μπορείο να παραχθεί ένα πλάσμα κουαρκ-γλουονίων, επιτρέποντάς μας να δούμε τις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος.
«Για λίγα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν γέμισε με μια εκπληκτικά ζεστή, πυκνή «σούπα» φτιαγμένη από κάθε είδους σωματίδια που κινούνταν με ταχύτητα σχεδόν φωτός. Αυτό το μείγμα κυριαρχούνταν από κουάρκ – θεμελιώδη κομμάτια ύλης – και από γκλουόνια, φορείς της ισχυρής δύναμης που κανονικά «κολλάει» τα κουάρκ μαζί σε γνωστά πρωτόνια και νετρόνια και άλλα είδη. Σε εκείνες τις πρώτες φευγαλέες στιγμές ακραίας θερμοκρασίας, ωστόσο, τα κουάρκ και τα γκλουόνια ήταν συνδεδεμένα μόνο ασθενώς, ελεύθερα να κινούνται μόνα τους σε αυτό που ονομάζεται πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων», εξηγεί το CERN.
«Για να αναδημιουργήσουν συνθήκες παρόμοιες με εκείνες του πολύ πρώιμου σύμπαντος, ισχυροί επιταχυντές πραγματοποιούν μετωπικές συγκρούσεις μεταξύ ιόντων μεγάλης μάζας, όπως πυρήνες χρυσού ή μόλυβδου. Σε αυτές τις συγκρούσεις βαρέων ιόντων, οι εκατοντάδες πρωτόνια και νετρόνια σε δύο τέτοιους πυρήνες συγκρούονται μεταξύ τους με ενέργειες άνω των μερικών τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ το καθένα. Αυτό σχηματίζει μια μικροσκοπική πύρινη σφαίρα στην οποία όλα «λιώνουν» σε ένα πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων».
Γενικά, ο LHC έχει επιμείνει στη σύγκρουση βαρύτερων ιόντων μόλυβδου, που περιέχουν 82 πρωτόνια και 126 νετρόνια. Αλλά ξεκινώντας από χθες, οι επιστήμονες συγκρούουν μεταξύ τους ελαφρύτερα ιόντα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, θα συγκρούσουν ιόντα οξυγόνου με ιόντα οξυγόνου, θα συγκρούσουν νέον με νέον και πρωτόνια με πυρήνες οξυγόνου.
«Αυτά τα συστήματα σύγκρουσης θα μας επιτρέψουν να διερευνήσουμε πώς αναδύονται οι ιδιότητες του QGP (πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων) σε σχέση με το μέγεθος του συστήματος», εξήγησε σε μια δήλωση ο Riccardo Longo, φυσικός της ομάδας βαρέων ιόντων ATLAS . «Ενώ κατανοούμε καλά την ισχυρή δύναμη σε «κρύες» συνθήκες, χάρη σε μελέτες συγκρούσεων πρωτονίων-πρωτονίων, και σε εξαιρετικά ζεστά και πυκνά περιβάλλοντα όπως οι συγκρούσεις μολύβδου-μολύβδου, το ερώτημα παραμένει: τι συμβαίνει ενδιάμεσα; Ελπίζουμε ότι αυτά τα ελαφρύτερα συστήματα θα μας επιτρέψουν να συνδέσουμε τις τελείες μεταξύ των δύο».
Οι προσομοιώσεις και τα μοντέλα προβλέπουν ήδη τι να περιμένουμε, όμως πειράματα σαν αυτό, σίγουρα μπορεί να επιφέρουν εκπλήξεις.
«Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο θεωρίες για το πώς αυτά τα συστήματα θα πρέπει να αντιδρούν σε αυτές τις ενέργειες», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο Ivan Amos Cali, μέλος της ομάδας CMS Heavy Ions, η οποία θα μελετήσει κυρίως τις συγκρούσεις. «Αυτή είναι η πρώτη φορά που θα δούμε πραγματικά τι συμβαίνει – κανείς δεν έχει κάνει ποτέ αυτό το είδος μέτρησης!»
Για παράδειγμα, κατά τη μελέτη των συγκρούσεων βαρύτερων ιόντων και των συγκρούσεων ξένου-ξένου, οι επιστήμονες στο ATLAS παρατήρησαν «απόσβεση με πίδακα», καθώς σωματίδια υψηλής ενέργειας χάνουν ενέργεια καθώς διασχίζουν το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου. Η απόσβεση με πίδακα δεν παρατηρήθηκε στις συγκρούσεις πρωτονίου-μόλυβδου, οι οποίες σχημάτισαν ένα μικρότερο σύστημα πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου.
«Η θεωρία προβλέπει ότι θα πρέπει να δούμε την έναρξη της απόσβεσης των πιδάκων σε συγκρούσεις οξυγόνου-οξυγόνου», πρόσθεσε ο Λόνγκο. «Εάν παρατηρήσουμε έστω και μέτρια καταστολή, θα μπορούσε να προσδιοριστεί το κρίσιμο μέγεθος του συστήματος στο οποίο ξεκινά η απόσβεση των πιδάκων».
Πολύ ενδιαφέρον έχει και η συλλογική ροή που παρατηρείται στην κίνηση των σωματιδίων που αναδύονται από το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων. Η μελέτη των συγκρούσεων με μόρια οξυγόνου, θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για αυτή τη συλλογική συμπεριφορά, ενώ θα μας αποκαλύψει και την γεωμετρική δομή των πυρήνων οξυγόνου. Πολύ ενδιαφέρον θα έχει και το συγκρουόμενο νέος, που έχει μια περίεργη δομή, η οποία πιστεύεται πως έχει το σχήμα μιας κορίνα του bowling, ενώ θα μπορούμε να δούμε αν το σχήμα θα έχει αντίκτυπο στο σχηματισμό πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων.
«Αυτό που είναι ακόμα καλύτερο είναι ότι οι δοκιμές οξυγόνου και νέου θα γίνονται η μία αμέσως μετά την άλλη», πρόσθεσε ο Qipeng Hu, επικεφαλής της ομάδας φυσικής βαρέων ιόντων ATLAS. «Αυτό προσθέτει απίστευτη αξία στα σύνολα δεδομένων όταν κάνουμε τη σύγκρισή μας, καθώς θα έχουν ακριβώς τις ίδιες πειραματικές συνθήκες».
Αν και οι συγκρούσεις βρίσκονται σε μεγάλο βαθμό στο τιμόνι του LHC, η σύγκρουση ελαφρύτερων στοιχείων δημιουργεί νέες προκλήσεις, με την πιθανότητα «ρύπανσης από τη δέσμη».
To 2032 η Γη ετοιμάζεται για κάτι πολύ μεγάλο στη Σελήνη
«Αυτό είναι ένα πρόβλημα που δεν αντιμετωπίζουμε με τις δέσμες πρωτονίων, αλλά με το οξυγόνο βιώνουμε αυτό που ονομάζεται φαινόμενο μεταστοιχείωσης», εξήγησε ο ειδικός ιόντων του LHC, Ρόντερικ Μπρους, σε μια δήλωση στο CERN. «Κάθε σύγκρουση δημιουργεί δευτερογενή σωματίδια με την ίδια αναλογία φορτίου προς μάζα με τα ιόντα οξυγόνου, μολύνοντας τη δέσμη και ενδεχομένως καθιστώντας περίπλοκη την ανάλυση των συγκρούσεων. Έτσι, σε κάποιο σημείο, ίσως χρειαστεί να εκτοξεύσουμε τη δέσμη και να εγχύσουμε μια νέα δέσμη καθαρού οξυγόνου, αλλά ο βαθμός μεταστοιχείωσης δεν είναι ακόμη γνωστός. Η ανάλυση των δεδομένων θα μας δείξει τι θα συμβεί».
Οι έρευνες θα πραγματοποιηθούν από την 1η έως τις 9 Ιουλίου, με τους επιστήμονες να στοχεύουν στη συλλογή όσο το δυνατόν περισσότερων δεδομένων κατά τη διάρκεια της έρευνας.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
