Γενεύη 24 Απριλίου 2017.
Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε σήμερα στο γνωστό επιστημονικό περιοδικό Nature Physics, το πείραμα ALICE του CERN αναφέρει ότι οι συγκρούσεις πρωτονίων παρουσιάζουν κάποιες φορές παρόμοια χαρακτηριτικά με εκείνα που παρατηρούνται στις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων. Αυτή η συμπεριφορά εντοπίστηκε με την παρατήρησης των λεγόμενων παράξενων[1] αδρονίων σε ορισμένες συγκρούσεις πρωτονίων στις οποίες δημιουργείται μεγάλος αριθμός σωματιδίων. Τα παρἀξενα αδρόνια είναι γνωστά σωματίδια με ονόματα όπως το Καόνιο, Λάμδα, Χι και Ωμέγα, κάθε ένα εκ των οποίων περιέχει τουλάχιστον ένα παράξενο κουάρκ[2].
Η παρατηρούμενη «ενισχυμένη παραγωγή παράξενων σωματιδίων» είναι ένα γνωστό χαρακτηριστικό του πλάσματος κουάρκ-γλουονίων – μιας πολύ ζεστής και υπέρπυκνης κατάστασης ύλης που δημιουργήθηκε λίγα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη – η οποία συνήθως δημιουργείται κατά τις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων. Αλλά είναι η πρώτη φορά που ένα τέτοιο φαινόμενο παρατηρείται χωρίς καμμία αμφιβολία κατά ττις σπάνιες συγκρούσεις πρωτονίων στις οποίες δημιουργούνται πολλά σωματίδια. Αυτό το αποτέλεσμα πιθανόν θέτει σε δοκιμασία τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα, τα οποία δεν προβλέπουν αύξηση των παράξενων σωματιδίων σε αυτά τα γεγονότα.
“Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι με αυτήν την ανακάλυψη”, δήλωσε ο Federico Antinori, εκπρόσωπος της συνεργασίας ALICE. “Εξακολουθούμε να μαθαίνουμε γι᾽αυτή την πρωταρχική κατάσταση της ύλης. Η ικανότητά μας να απομονώσουμε τα φαινόμενα τύπου κουάρκ-γλουόνιο-πλάσμα σε ένα μικρότερο και απλούστερο σύστημα, όπως η σύγκρουση μεταξύ δύο πρωτονίων, ανοίγει μια εντελώς νέα διάσταση στη μελέτη των ιδιοτήτων της θεμελιώδους κατάστασης από την οποία προέκυψε το σύμπαν μας”.
Η μελέτη του πλάσματος κουάρκ-γλουονίων παρέχει έναν τρόπο να διερευνηθούν οι ιδιότητες της ισχυρής αλληλεπίδρασης – μιας από τις τέσσερις γνωστές θεμελιώδεις δυνάμεις – ενώ η αυξημένη παραγωγή Παραξενάς είναι μια εκδήλωση αυτής της κατάστασης της ύλης. Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων παράγεται σε επαρκώς υψηλή θερμοκρασία και ενεργειακή πυκνότητα, όταν η συνηθισμένη ύλη υφίσταται μετάβαση σε μια φάση στην οποία τα κουάρκ και τα γλουόνια γίνονται «ελεύθερα» και επομένως δεν περιορίζονται πλέον στο εσωτερικό των αδρονίων. Αυτές οι συνθήκες μπορούν να αναπαραχθούν στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN από τις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων σε υψηλή ενέργεια. Τα παράξενα κουάρκ είναι βαρύτερα από τα κουάρκ που συνθέτουν την κανονική ύλη και συνήθως είναι πιο δύσκολο να παραχθούν. Αλλά αυτό αλλάζει κατά την παρουσία της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας του πλάσματος κουάρκ-γλουτονίων, που εξισορροπεί τη δημιουργία παράξενων κουάρκ σε σχέση με τα μη παράξενα. Αυτό το φαινόμενο μπορεί τώρα να έχει παρατηρηθεί και στις συγκρούσεις πρωτονίων.
Ειδικότερα, τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο ρυθμός παραγωγής των παράξενων αδρονίων αυξάνεται με την «πολλαπλότητα» – τον αριθμό των σωματιδίων που παράγονται σε μια δεδομένη σύγκρουση – ταχύτερα από τον ρυθμό παραγωγής άλλων σωματιδίων κατά την ίδια σύγκρουση. Ενώ η δομή του πρωτονίου δεν περιλαμβάνει παράξενα κουάρκ, τα δεδομένα δείχνουν επίσης ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των παράξενων κουάρκ που περιέχονται στο παραγόμενο αδρόνιο, τόσο περισσότερο αυξάνεται ο ρυθμός παραγωγής του. Δεν παρατηρείται εξάρτηση από την ενέργεια σύγκρουσης ή τη μάζα των παραγόμενων σωματιδίων, κάτι που αποδεικνύει ότι αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με την περιεκτικότητα σε παράξενα κουάρκ των παραγόμενων σωματιδίων. Η παραγωγή Παραξενιάς προσδιορίζεται στην πράξη με την καταμέτρηση του αριθμού των παράξενων σωματιδίων που παράγονται σε μια δεδομένη σύγκρουση και στη συνέχεια τον υπολογισμό του λόγου των παράξενων προς τα μη παράξενα σωματίδια.
Η ενισχυμένη παραγωγή Παραξενιάς είχε προταθεί ως μια πιθανή συνέπεια του σχηματισμού πλάσματος κουάρκ-γλουονίων από τις αρχές της δεκαετίας του ’80 και ανακαλύφθηκε σε συγκρούσεις πυρήνων κατά τη δεκαετία του ’90 με πειράματα στο Super Proton Synchrotron του CERN. Μια άλλη πιθανή συνέπεια του σχηματισμού πλάσματος κουάρκ γλουονίων είναι μια χωρική συσχέτιση των σωματιδίων τελικής κατάστασης, η οποία προκαλεί μια προτιμώμενη διακριτή ευθυγράμμιση σε σχήμα κορυφογραμμής. Μετά την ανίχνευσή της στις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων, η κορυφογραμμή έχει επίσης παρατηρηθεί σε συγκρούσεις πρωτονίων υψηλής πολλαπλότητας στον LHC, δίνοντας την πρώτη ένδειξη ότι οι συγκρούσεις πρωτονίων θα μπορούσαν να παρουσιάσουν ιδιότητες βαρέων πυρήνων. Η ακριβέστερη μελέτη αυτών των φυσικών διεργασιών είναι το κλειδί για την καλύτερη κατανόηση των μικροσκοπικών μηχανισμών στο πλάσμα κουάρκ-γλουονίων και της συλλογικής συμπεριφοράς των σωματιδίων σε μικρά συστήματα.
Το πείραμα ALICE έχει σχεδιαστεί για να μελετήσει τις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων. Μελετά επίσης τις συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων, οι οποίες παρέχουν κατά κύριο λόγο δεδομένα αναφοράς για τις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων. Οι αναφερθείσες μετρήσεις έγιναν χρησιμοποιώντας δεδομένα από τη σύγκρουση πρωτονίων ενέργειας 7 TeV κατά την πρώτη περίοδο λειτουργίας (run 1) του LHC.
| |
|
Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των σωματιδίων που παράγονται στις συγκρούσεις πρωτονίων (οι μπλε γραμμές), παρατηρούνται περισσότερα παράξενα αδρόνια (πορτοκαλί ως κόκκινα τετράγωνα στο ένθετο γράφημα).
(Εικόνα: ALICE / CERN)
CERN (European Organization for Nuclear Research): το σημαντικότερο παγκοσμίως εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής, με κεντρικές εγκαταστάσεις στη Γενεύη. Σήμερα οι χώρες μέλη του CERN είναι οι Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Γαλλία, Γερμανία, Δανία, Ελβετία, Ελλάδα, Ηνωμένο Βασίλειο, Ισπανία, Ισραήλ, Ιταλία, Κάτω Χώρες, Νορβηγία, Ουγγαρία, Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Σλοβακία, Σουηδία, Τσέχικη Δημοκρατία και Φινλανδία. Η Κύπρος και η Σερβία είναι συνδεδεμένα μέλη (στο προπαρασκευαστικό στάδιο συμμετοχής ως πλήρη μέλη). Οι Ινδία, Ουκρανία, Πακιστάν και Τουρκία είναι συνδεδεμένα μέλη. Οι Ευρωπαϊκή Ένωση, ΗΠΑ, Ιαπωνία, JINR, Ρωσία και UNESCO συμμετέχουν ως παρατηρητές.
CERN Media Relations contacts: https://press.cern/contact-us Email: [email protected] Twitter: @CERNpress
Μετάφραση: Ελένη Χατζηχρήστου
Ελληνίδα εκπρόσωπος, European Particle Physics Communication Network (EPPCN)
contacts: Email: [email protected] | Twitter: @elthchatz
[1] γεύση (flavour) είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για τους διαφορετικούς τύπους κουάρκ (άνω, κάτω, γοητευτικό, παράξενο, χαμηλό, υψηλό) και για τους διαφορετικούς τύπους λεπτονίων (ηλεκτρόνιο, μιόνιο, τ). Για κάθε φορτισμένη γεύση λεπτονίου, υπάρχει μια αντίστοιχη γεύση νετρίνου. Με άλλα λόγια, γεύση είναι ο κβαντικός αριθμός που διακρίνει τους διαφορετικούς τύπους κουάρκ/λεπτονίων. Οι γεύσεις είναι: Παραξενιά (strangeness) S = -1, Χάρη (charm) C = +1, Ομορφιά (beauty) B = -1, Κορυφαίο (top) .Κάθε γεύση κουάρκ και φορτισμένου λεπτονίου έχει διαφορετική μάζα.
[2] παράξενο κουάρκ (s) (strange quark): Η τρίτη γεύση κουάρκ (με σειρά αυξανόμενης μάζας), με ηλεκτρικό φορτίο -1/3
