Οι πρώτες ενδείξεις για το πλάσμα Quarks-Γκλουονίων;

Από την σελίδα Focus του Physical Review Letters, 21 Δεκεμβρίου 2001

Πλάσμα από quarks και γκλουόνια: Η σύγκρουση δύο πυρήνων χρυσού εκτόξευσε λιγότερα σωματίδια σε ορθή γωνία προς τον άξονα σύγκρουσης, απ' ότι προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Αυτή είναι η πρώτη ένδειξη μιας εξωτικής κατάστασης της ύλης, αλλά χρειάζονται κι άλλες αποδείξεις για να σιγουρευτούμε ότι η κατάσταση αυτή παράχθηκε αληθινά.

Οι ερευνητές είδαν τις πρώτες καθαρές ενδείξεις της αποσύνθεσης της συμβατικής ύλης σε μια σούπα ελευθέρων quarks και γκλουονίων, αλλά θα χρειαστεί να δουν αρκετά ακόμα σημάδια πριν σιγουρευτούν. Οι επιστήμονες οδήγησαν σε σύγκρουση ζεύγη πυρήνων Χρυσού σε υψηλές ενέργειες και παρατήρησαν τα σωματίδι που αναδύονταν από το σημείο της σύγκρουσης. Ανίχνευσαν λιγότερα σωματίδια απ' ότι πρόβλεπε η καθιερωμένη θεωρία, πράγμα που δείχνει ότι σχηματίζεται ένα συσσωμάτωμα από ελεύθερα γκλουόνια και quarks.

Συνδυάζοντας αυτό το εύρημα με άλλα που αναμένεται να παρατηρηθούν τα επόμενα χρόνια, οι ερευνητές μπορεί να βρεθούν στη θέση να κατανοήσουν μια κατάσταση της ύλης που δεν έχει ξαναεμφανιστεί από τις πρώτες στιγμές της απαρχής του Σύμπαντος.

Τα quarks δημιουργούν τα σωμάτια του καθημερινού μας κόσμου, όπως πχ τα πρωτόνια καθώς συγκολλούνται σε πακέτα από 2 η 3 quarks, χωρίς να υπάρχει κάποιος λόγος που να τα εμποδίζει να σχηματίσουν και μεγαλύτερα συσσωματώματα. Θεωρητικά η πολύ θερμή και πυκνή ύλη μπορεί να διαλυθεί σε μια μάζα χαλαρά συνδεδεμένων quarks και γκλουονίων γνωστή σαν πλάσμα quarks- γκλουονίων (OGP). Στην κατάσταση αυτή τα σωματίδια συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά απ' ότι στους συνηθισμένους πυρήνες. Οι ερευνητές ενδιαφέρονται για τη μελέτη της κατάστασης QGP γιατί αυτή μοιάζει με την κατάσταση στο πρώϊμο Σύμπαν, πριν δημιουργηθούν τα πρωτόνια και νετρόνια. Αλλά μέχρι τώρα οι επιταχυντές δεν μπορούσαν να επιταχύνουν πυρήνες τόσο πολύ ώστε να σχηματιστεί αυτή η εξωτική κατάσταση της ύλης.

Τώρα, οι φυσικοί σωματιδίων στο Εργαστήριο Brookhaven στο Upton της Ν. Υόρκης πέτυχαν το στόχο αυτό χρησιμοποιώντας τον Σχετικιστικό Συγκρουστή Βαρέων Ιόντων (RHIC). Επιτάχυναν τους πυρήνες Χρυσού σε ενέργειες 130 GeV, δημιουργώντας ύλη με πυκνότητα 100 φορές μεγαλύτερη απ' ότι στους συνηθισμένους πυρήνες. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν τον γιγάντιο ανιχνευτή PHENIX για να καταγράψει κάθε τύπο σωματιδίου σε γωνία 900 από τον άξονα της σύγκρουσης. Σ' αυτή την πυκνή κατάσταση πλάσματος, ένα quark που κινείται με μεγάλη ταχύτητα υφίσταται πολλές διαδοχικές αλληλεπιδράσεις με άλλα quarks και γκλουόνια κι έτσι χάνει βαθμιαία την ενέργειά του. Επειδή λοιπόν τα quarks παθαίνουν πολλές αλληλεπιδράσεις για βγουν με γωνία 900, τα πιο πολλά από αυτά χάνουν όλη τους την ενέργεια πριν σχηματίσουν νέα σωμάτια στην κατεύθυνση αυτή.