Ο επιταχυντής LHC ανεβάζει στροφές αυτό το μήνα και δημιουργεί ένα μίνι Big Bang

Ένας νέος γύρος πειραμάτων που αποσκοπούν να μάθουμε σε τι έμοιαζε η ύλη με την αυγή του χρόνου ξεκινάει αυτό το μήνα στο CERN.

Η σύγκρουση και σύνθλιψη των πρωτονίων σε υψηλές ενέργειες είναι ένα ωραίο θέαμα, αλλά οι ερευνητές στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων κάνουν μια διακοπή από αυτή την δουλειά, για να κάνουν ένα χρονικό ταξίδι πίσω στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Ξεκινώντας αυτό το μήνα και συνεχίζοντας για τέσσερις εβδομάδες, ο LHC θα επιταχύνει και στη συνέχεια θα συνθλίψει ιόντα μολύβδου – δηλαδή, ολόκληρους τους ατομικούς πυρήνες – για να δημιουργήσουν μια σειρά από μικροσκοπικά Big Bangs. Ο σκοπός των ερευνητών είναι να ρίξουν μια ματιά στο πλάσμα των κουάρκ-γλουονίων που υπήρχε ένα κλάσμα μόνο του δευτερολέπτου αφότου γεννήθηκε το σύμπαν.

Ένα γεγονός προσομοιωμένης μαύρης τρύπας στον ανιχνευτή ATLAS του LHC. Εάν αυτό μοιάζει με μία μαύρη τρύπα, φανταστείτε τι θα είναι ένα Big Bang. 

Οι συγκρούσεις πρωτονίων που διεξάγονται μέχρι στιγμής, έχουν αποφέρει στην κυριολεξία βουνά δεδομένων για τους ερευνητές, με την παραγωγή νέων και διαφορετικών σωματιδίων, μερικά από τα οποία μπορεί να μην τα έχουν δει ποτέ οι επιστήμονες πριν (όπως το φευγαλέο και θεωρητικό έως τώρα μποζόνιο Higgs). Όμως, οι συγκρούσεις ιόντων μολύβδου θα είναι διαφορετικές. Γιατί τα ιόντα μολύβδου που αποτελούνται από μεγάλους πυρήνες – κι όχι μόνο μόνο από ένα σωματίδιο σαν το πρωτόνιο – οι μάζες τους είναι πολύ μεγαλύτεροι. Βάλτε μεγαλύτερη μάζα στην πιο διάσημη εξίσωση του Einstein και η ενέργεια που παράγεται, επίσης, αυξάνεται τρομακτικά.

Οι εν λόγω συγκρούσεις, ιόντων μολύβδου σε πολύ υψηλή ενέργεια, είναι μικρής διάρκειας αλλά στην πραγματικότητα  οι πιο θερμές που έγιναν ποτέ. Ο Σχετικιστικός Επιταχυντής Ιόντων στο Brookhaven έχει διεξαγάγει παρόμοια πειράματα με ιόντα χρυσού και έφτασε σε 4.000 δισεκατομμύρια βαθμούς Kelvin (ή 250.000 φορές θερμότερη από τον πυρήνα του ήλιου). Το μίνι Big Bang του LHC  θα πρέπει να είναι ακόμα πιο καυτό.

Γιατί όμως να παράγουν αυτή την τεράστια θερμότητα; Γιατί πιστεύεται ότι τόσο καυτό ήταν το σύμπαν αμέσως μετά το Big Bang. Σε εκείνο τον σύντομο χρόνο, περίπου 13,75 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η ύλη δεν υπήρχε σαν στερεά, υγρή ή αέρια μορφή που είμαστε εξοικειωμένοι, αλλά ως ένα είδος σούπας κουάρκ-γλουονίων. Η θερμότητα από το Big Bang έλιωσε κυριολεκτικά την πυρηνική ύλη, απελευθερώνοντας τα σωματίδια που ήταν στο εσωτερικό τους (όπως τα γκλουόνια και τα κουάρκ).

Τουλάχιστον, αυτό υποστηρίζει η επιστήμη ότι συνέβαινε την αυγή του χρόνου. Δεν το έχουμε δει ποτέ από κοντά, γιατί το Big Bang δεν είναι κάτι που συμβαίνει κάθε μέρα. Αλλά με λίγη τύχη, οι ερευνητές του CERN θα μας σερβίρουν κάποια σούπα κουάρκ-γλουονίων με μια παραγγελία. Αποκτήστε την ενόσω ίναι ζεστή.

Πηγή: Discovery News

Συγκρούσεις ιόντων μολύβδου που έγιναν κάποτε στο CERN

Λόγω μεγάλης ενέργειας τη στιγμή της σύγκρουσης δημιουργούνται τα βαριά σωματίδια  J/Ψ, των οποίων η μοίρα εξαρτάται από το τι θα συμβεί παρακάτω

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια μέσα στα ιόντα μολύβδου θα χωριστούν, δημιουργώντας μια πυκνή σούπα σωματιδίων

.

Εάν η ενέργεια είναι αρκετά υψηλή, ακόμα και τα κουάρκ και τα γλουόνια που είναι κλειδωμένα μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια θα δραπετεύσουν, και τότε θα έχει δημιουργηθεί το  πλάσμα Κουάρκ Γλουονίων. Εάν συμβεί αυτό, μερικά J/Ψ θα καταστραφούν, όμως άλλα σωματίδια, παράξενα κουάρκ, θα δημιουργηθούν. Επίσης, σωματίδια που μετατρέπονται σε ζεύγη ηλεκτρονίων θα δημιουργηθούν πιο εύκολα

Καθώς το Πλάσμα Κουάρκ Γλουονίων χάνει θερμότητα, συμπυκνώνεται σε συνήθη ύλη, περίπου όπως το νερό υγροποιείται από τον ατμό. Μετρώντας πόσα J/Ψ, πόσα σωματίδια που περιέχουν παράξενα κουάρκ και πόσα ζεύγη ηλεκτρονίων προκύπτουν από τη σύγκρουση, οι φυσικοί είναι σε θέση να πουν αν δημιουργήθηκε Πλάσμα Κουάρκ Γλουονίων, και να μάθουν πώς εξελίχθηκε αυτό. Μέχρι τώρα, οι αποδείξεις λένε ότι έχει δημιουργηθεί Πλάσμα Κουάρκ Γλουονίων, αλλά πιο λεπτομερείς μελέτες στο CERN  προφανώς θα πρέπει να περιμένουν το LHC