Τα κουάρκς είναι τα στοιχειώδη σωματίδια που αποτελούν τα πάντα γύρω μας. Είναι τα σωματίδια που φτιάχνουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια σε έναν ατομικό πυρήνα, που με την σειρά του φτιάχνουν τα άτομα κάθε ύλης που υπάρχει στο Σύμπαν. Τα κουάρκς έχουν διάφορους τύπους (ή διαφορετικές γεύσεις όπως τις αποκαλούν οι φυσικοί), όπως τα up, down, top, bottom, strange και charm.
Τώρα έχουμε ένα ζευγάρι top κουάρκ, που ανιχνεύθηκαν στα υπολείμματα που εκτοξεύονται από την σύγκρουση δύο ατόμων μόλυβδου. Είναι η πρώτη φορά που το συγκεκριμένο ζεύγος κουάρκ-αντί κουάρκ έχει εντοπιστεί σε σύγκρουση μεταξύ δύο πυρήνων. Η ανίχνευση ενισχύει τις ενδείξεις πως οι έξι γεύσεις κουάρκ, υπήρχαν από την απαρχή του χρόνου, στο πλάσμα κουάρκ – γκλουονίου που πιστεύεται πως είχε κατακλείσει το Σύμπαν τις πρώτες στιγμές μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Τα γκλουόνια είναι και αυτά στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση με την οποία αλληλοεπιδρούν τα κουάρκς. Είναι κάτι σαν την κόλλα που κρατάει τα κουάρκς συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Τα παραπάνω σημαίνουν πως είμαστε ένα βήμα πιο κοντά στη λήψη νέων μετρήσεων αυτής της αρχέγονης σούπας που υπήρχε τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, και στη συλλογή νέων γνώσεων για το πως σχηματίστηκε το Σύμπαν στο οποίο ζούμε, από την αρχή.
Το πλάσμα κουάρκ – γκλουονίου είναι αυτό που παίρνουμε όταν τα στοιχειώδη κουάρκ και γκλουόνια, που συνήθως συνδεδεμένα μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια, απελευθερώνονται από τους περιορισμούς τους και σβήνουν μαζί σε μια χαλαρή, αλληλοεπιδρούσα «σούπα» υπό εξαιρετικά ενεργητικές συνθήκες.
Το πρόβλημα που είχαμε μέχρι σήμερα με τη μελέτη αυτής της κατάστασης της ύλης, είναι πως τα κουάρκ διασπώνται τρομερά γρήγορα, σε ένα μόλις μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου. Το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου που προέκυψε μετά τη Μεγάλη Έκρηξη υπήρχε μόνο για μερικά εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου προτού τα σωματίδια σχηματίσουν κανονική ύλη, μια διαδικασία που ονομάζεται αδρονοποίηση.
Έτσι, για να μελετήσουμε το πλάσμα κουάρκ – γκλουονίου, οι φυσικοί χρησιμοποιούν επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN, ώστε να χτυπήσουν μεταξύ τους βαριά σωματίδια. Αυτές οι συγκρούσεις παράγουν έναν καταιγισμό σωματιδίων, που περνούν από την κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου, στον δρόμο τους προς τον σχηματισμό κανονικής ύλης. Με υπερευαίσθητους αισθητήρες, οι επιστήμονες μπορούν να πραγματοποιήσεις μετρήσεις των προϊόντων αυτής της διαδικασίας, ώστε να μελετήσουν το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου.
Τα top κουάρκ είναι τα βαρύτερα από τις έξι γεύσεις κουάρκ και είναι ένα ιδιαίτερα πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη και την εξέλιξη του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου. Όμως, επειδή είναι τα πιο βαριά, η διάρκεια ζωής τους είναι η μικρότερη με μόλις 10-25 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι μικρότερο από τον χρόνο που απαιτεί ο σχηματισμός αδρονίων, πράγμα που σημαίνει πως διασπώνται πριν γίνει η αδρονοποίηση.
Το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίου που δημιουργείται σε βαριές συγκρούσεις ιόντων διαρκεί 10 -23 δευτερόλεπτα. Έτσι τα top κουάρκ εξαφανίζονται πριν από το πλάσμα στο σύνολό του, γεγονός που καθιστά ιδιαίτερα δύσκολη τη μελέτη τους.
Όμως, τις περισσότερες φορές, τα σωματίδια που αναζητούν οι φυσικοί δεν ανιχνεύονται άμεσα. Εντοπίζονται όμως από τα προϊόντα στα οποία διασπώνται και αυτό έχουμε στην νέα μελέτη. Στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, μια ομάδα φυσικών με την ATLAS Collaboration, ανίχνευσαν τον σχηματισμό ενός ζεύγους top quark, στα προϊόντα διάσπασής τους, μέσω του καναλιού διάσπασης του διλαπτονίου.
Αυτό είναι το νέο IRIS – Αλλάζουν όλα από το φθινόπωρο του 2025 στις αγορές μας
Σε αυτή τη διαδικασία, τα top κουάρκ διασπώνται σε ένα down κουάρκ και ένα μποζόνιο W. Στη συνέχεια, το μποζόνιο W διασπάται σε ένα νετρίνο και είτε σε ένα ηλεκτρόνιο ή ένα μιόνιο. Η ομάδα εντόπισε αυτή τη διαδικασία σε συγκρούσεις μεταξύ ατόμων μόλυβδου με μια στατιστική σημασία 5.02 σίγμα, καθαρίζοντας το όριο των 5 σίγμα για σημαντική ανίχνευση.
Είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται παραγωγή ζεύγους top κουάρκ σε σύγκρουση μεταξύ βαρέων πυρήνων. Μια προηγούμενη εργασία περιγράφει την παραγωγή ενός ζεύγους top κουάρκ σε μια σύγκρουση μεταξύ ενός ιόντος μόλυβδου και ενός πρωτονίου. Το νέο αποτέλεσμα πηγαίνει όμως ένα βήμα πιο μπροστά, βοηθώντας να κατανοήσουμε πως δημιουργήθηκε η ύλη τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος και ανοίγει το δρόμο για τις μελλοντικές μελέτες του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου.
«Η παρατήρηση αυτής της διαδικασίας παγιώνει την απόδειξη της παρουσίας όλων των γεύσεων κουάρκ στο στάδιο προ-ισορροπίας του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου, παρόμοια με τις συνθήκες στο πρώιμο Σύμπαν», γράφουν οι ερευνητές στην εργασία τους.
«Αυτό το αποτέλεσμα ανοίγει το δρόμο για περαιτέρω μελέτες του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίου και της φυσικής του πρώιμου Σύμπαντος με top κουάρκ».
Η νέα μελέτη θα δημοσιευθείς στο Physical Review Letters. Στην παρούσα φάση είναι στον διακομιστή προεκτήπωσης ArXiv.
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/.
