Ενα παράξενο 'πλάσμα' από quark - Ανακαλύπτοντας την ύλη του big-bang

Αρθρο ανασκόπηση του πλάσματος quarks-γλουονίων Οκτώβριος 2000

Ανακαλύπτοντας την ύλη του big-bang

Τα πρώτα πειράματα στο CERN έγιναν με μία ενέργεια των 156 GeV ανά νουκλεόνιο. Το τελευταίο έτος αυτό μειώθηκε σε 40 GeV ανα νουκλεόνιο σε μια προσπάθεια να ανακαλύψουν την ενέργεια στην οποία το πλάσμα των quarks-γλουονίων γίνεται. Η θεωρητική ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων εξαρτάται από τη γνώση του πόση πολύ ενέργεια χρειάζεται για να ελευθερωθούν τα quarks (π.χ. να τήξουν το κενό), που μας λέει πόση ενέργεια αφήνεται παραπάνω για την παραγωγή strange quarks και να οδηγήσουν την εκρηκτική αποσύνθεση της πύρινης μπάλας. 

Μια συστηματική μελέτη του πως οι ιδιότητες της πύρινης μπάλας και της παραγωγής σωματιδίων θα μπορούν να αλλάξουν, κατά βάση μας επιτρέπει να καθορίσουμε τη τιμή της λανθάνουσας θερμότητας που συνδέεται με την τήξη του κενού, που είναι ίσως η πιό βασική ποσότητα σε αυτή την έκφραση.  

Ενα άλλο εξίσου ενδιαφέρον θέμα, θα είναι η παρατήρηση του ομαλού μετασχηματισμού από μια απεριόριστη προς μια   περιορισμένη δομή του κενού. Στην κατανόηση του πως το σύμπαν αναπτύχθηκε από τα quarks και τα gluons στα αδρόνια, και πως το σύμπαν σε αυτή τη φάση, που ενώ περιείχε σχεδόν συμμετρικά ύλη και αντι-ύλη, μετασχηματίσθηκε σε ένα 'υλικό' σύμπαν, θα βοηθήσει κατά κύριο λόγο η κατανόηση των ιδιοτήτων του στη φάση του μετασχηματισμού.

Οι υψηλώτερες ενέργειες μιας αποτελεσματικής σύγκρουσης που είναι διαθέσιμες στο RHIC (Σχετικιστικό Συγκρουστή Βαρέων Ιόντων στο Brookhaven της Νέας Υόρκης), συγκρινόμενες με τις ενέργειες του SPS, σημαίνει πως η συμμετρία παραγωγής μεταξύ της ύλης και αντι-ύλης θα γίνεται αξιοσημείωτα καλύτερα, και αυτό γιατί οι προβλεπόμενες συνθήκες είναι περισσότερο παρόμοιες με αυτές που υπήρχαν μετά το big bang.
Στην πραγματικότητα, σχεδόν ίσοι αριθμοί των up, down και strange quarks και αντι-quarks πρόκειται να παραχθούν στο RHIC. Και επίσης είναι αναμενόμενο πως η περισσότερη ποσότητα ύλης και αντι-ύλης που θα παραχθεί εκεί θα είναι η strange, επειδή αλλιώς θα είναι δύσκολο να ενωθούν τρία μη-strange quarks σε σωματίδια ύλης ή αντι-ύλης τα οποία δεν περιέχουν strange quarks.

Γιαυτό, επιπρόσθετα προς την επιβεβαίωση της ύπαρξης μη περιορισμένων quark και τις ιδιότητες τους, η μελέτη των strange αντι-βαρυονίων στο RHIC θα ρίξει νέο φως στην κατανόηση του πως η πρώτη μορφή του σύμπαντος εμπλέκεται με την παρούσα μορφή.

Εν κατακλείδι

Τα πειράματα στο CERN προβλέπουν ισχυρές ενδείξεις πως ένας νέος τύπος της ύλης σχηματίσθηκε. Αυτή η νέα ύλη συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο που η πύρινη μπάλα από quark­γλουόνια υπόκειται προς ένα εκρηκτικό σπάσιμο, που είναι προβλεπόμενο στην συμπεριφορά του. Δεν υπάρχει καμιά άλλη γνωστή εικόνα αντίδρασης που να είναι ικανή να περιγράψει αυτή τη συμπεριφορά.

Οι Φυσικοί τώρα θέλουν να μελετήσουν τις ιδιότητες αυτής της νέας ύλης με περισσότερη λεπτομέρεια. Νέα πειραματικά δεδομένα, διακαώς αναμένονται από αυτούς που έκαναν τα πειράματα στο CERN, και από τα νέα πειράματα με υψηλές ενεργειακές πυκνότητες, στην συμμετρία ύλης-αντιύλης που έχουν ξεκινήσει στο RHIC. Μέσα σε μια διάσπαση θα έχουμε ξετυλίξει το μυστήριο του τι συνέβη 15 δισ. έτη πριν, όταν τα ελεύθερα quarks και γλουόνια που δημιουργήθηκαν περιορίσθηκαν στο εσωτερικό των νουκλεονίων, και όλα τα αντι-quarks του σύμπαντος εξαφανίσθηκαν.