Ενα παράξενο 'πλάσμα' από quark - Σύμπαν από Quark

Αρθρο ανασκόπηση του πλάσματος quarks-γλουονίων Οκτώβριος 2000

Σύμπαν από Quark

Απομονωμένα quarks και αντι-quarks δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ στα πειράματα. Τα Quarks και τα αντι-quarks είναι πάντα περιορισμένα σε ομάδες των τριών στα βαρυόνια (πχ πρωτόνια και νετρόνια) ή αντι-βαρυόνια (πχ αντιπρωτόνια και αντινετρόνια), ή σε περιορισμένα quark­αντιquark ζεύγη γνωστά σαν μεσόνια. Πάντως, "ελεύθερα" quarks πρέπει να υπήρξαν σε εξαιρετικά ακραίες συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος. Εως περίπου 40 μsec μετά το big bang, σύμφωνα με τη θεωρία, το σύμπαν αποτελούνταν από ένα πολύ θερμό αέριο ελεύθερων, αντι-quarks και γλουονίων: Αυτό είναι το αέριο που καλείται "πλάσμα quark ­ γλουονίων".

Οι θερμοκρασίες σε αυτό το πλάσμα εκτείνονται 2.5 x 10¹² kelvin ­ περίπου 150.000 φορές θερμότερο από τον πυρήνα του Ηλιου. Δεν γνωρίζουμε αν τα quarks είναι αληθινά στοιχειώδη, αλλά αν είναι, το πλάσμα quark­γλουονίων  στο πρώιμο σύμπαν θα σχηματίστηκε κατευθείαν στο big bang. Καθώς το σύμπαν ψύχθηκε, τα quarks και τα αντι-quarks "πάγωσαν" στα αδρόνια. Προς κατανόηση πως τα quarks συνδυάστηκαν μέσα στα πρωτόνια και νετρόνια ­ που είναι βασικό αν ελπίζουμε να κατανοήσουμε πως το σύμπαν στο οποίο ζούμε έγινε όπως είναι   ­ χρειαζώμαστε να γίνουμε ικανοί προς αναδημιουργία και μελέτη του πλάσματος quark­γλουονίων στο εργαστήριο. Χρειαζώμαστε να δημιουργήσουμε λοιπόν ένα "μικρο-bang"

Η πρώτη πρόκληση ήταν για τους φυσικούς να γίνει το πρώτο πείραμα των πυρήνων μολύβδου. Η επόμενη φάση είναι να καθοριστεί η ακριβής ενέργεια που απαιτείται για να γίνουν ελεύθερα τα quarks. Εχει συζητηθεί πως αυτό θα μπορούσε να συμβεί όταν η ενέργεια ανά νουκλεόνιο στο εσωτερικό της θερμής μπάλας είναι τόσο χαμηλή όσο τέσσερις εως οκτώ φορές τη μάζα του νουκλεονίου. Για να επιτευχθεί τέτοια πυκνότητα ενέργειας στην θερμή μπάλα που δημιουργήθηκε στην σύγκρουση μολύβδου - μολύβδουi, του CERN απαιτούνται ενέργειες δεσμών μεταξύ 30 GeV και 120 GeV ανά νουκλεόνιο.