Misterul particulelor stranii observate la LHC

Noi rezultate obtinute în cadrul proiectului de cercetare ALICE la marele accelerator de particule de la Geneva arata ca în cadrul ciocnirilor dintre protoni se produc particule care contin quarcuri de tip straniu. Acest rezultat neasteptat este în prezent analizat de catre cercetatori pentru a se întelege cum iau nastere astfel de particule si ce putem afla despre Big Bang din studiul acestora.

Lumea particulelor elementare este descrisa de catre asa-numitul model standard al particulelor elementare, care contine toate particulele elementare (care nu au o structura) descoperite pâna acum. Printre acestea se gasesc electronii, dar si quarcurile de tipul „up” si „down” care alcatuiesc protonii si neutronii ce compun atomii si materia vizibila din Univers. Modelul standard contine însa si alte tipuri de quarcuri, precum cel „straniu”, pe care îl putem gasi însa doar în particule care traiesc foarte putin, întrucât se dezintegreaza. Aceste particule sunt generate ori în urma interactiunilor razelor cosmice cu atomii din atmosfera, ori la acceleratoarele de particule.

Pentru întelegerea si testarea modelului standard si a eventualelor particule care nu sunt continute în acest model, precum particule de materie întunecata, daca aceasta exista, a fost realizat marele accelerator de particule de la Geneva, Large Hadron Collider (LHC). Acest accelerator are o circumferinta de circa 27 kilometri si accelereaza fascicule de protoni sau ioni de plumb la viteze foarte apropiate de cea a luminii, având recordul mondial la acest capitol. Mai multe proiecte de cercetare sunt în derulare la LHC de câtiva ani de zile si au realizat deja descoperii importante – precum cea a bosonul Higgs, care era ultima particula ce lipsea din modelul standard din punct de vedere experimental.

Iata însa ca o noua descoperire, neasteptata, a fost realizata recent de catre experimentul ALICE, care are drept obiectiv studiul interactiunilor dintre fascicule de ioni de plumb sau protoni la energii extrem de mari, pentru a realiza asa-numita plasma de quarcuri si gluoni, care se crede ca ar fi existat imediat dupa Big Bang.

Temperatura echivalenta la care se ajunge în aceasta plasma de quarcuri si gluoni este de circa 100.000 de ori mai mari decât cea din centrul Soarelui si, se crede, ar fi existat la circa o milionime de secunda dupa nasterea universului nostru. Quarcurile sunt „prizonieri” în protoni si neutroni, tinute în interiorul acestora de catre interactiunea puternica (care are loc prin schimb de gluoni – particulele purtatoare pentru forta tare). Protonul contine doua quarcuri de tip „up” si unul „down” în timp ce neutronul contine doua quarcuri de tip „down” si unul „up”.

Se crede însa ca imediat dupa Big Bang quarcurile erau libere, acestea formând protonii si neutronii doar în urma racirii Universului (în urma expansiunii). Este exact ceea ce studiaza ALICE, dorind sa recreeze conditiile care se crede ca au existat imediat dupa Big Bang.

În urma interactiunii dintre fasciculele de ioni de plumb a fost observata nasterea de particule care contin, pe lânga quarcurile „up” si „down” si quarcuri de tip „straniu”. Acestea din urma sunt mai grele decât primele doua si fac parte din asa-numita a doua familie de particule din cadrul modelului standard. Generarea de particule (precum kaonii) care contin quarcuri stranii în interactiunea dintre ionii de plumb era de asteptat, conform teoriei. Mai putin însa era de asteptat ca particule „stranii” sa ia nastere inclusiv în interactiunile dintre fascicule de protoni. Cercetatorii din ALICE însa au observat cum si în urma acestor interactiuni iau nastere o serie de particule care contin quarcuri „stranii”.

Acest fenomen neasteptat da de lucru teoreticienilor, care încearca sa înteleaga cum are loc acest proces si, mai ales, care sunt implicatiile în întelegerea fenomenelor ce au avut loc imediat dupa Big Bang.

Ce rol au quarcurile stranii în formarea si evolutia Universului nostru?  Ce rol au acestea în Universul actual? O ipoteza în faza de studiu este cea legata de prezenta acestor quarcuri în interiorul stelelor de neutroni.

scientia.ro

Bogdan

Per aspera ad astra