ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΕΚΛΑΪΚΕΥΣΗΣ

INTERNATIONAL PARTICLE PHYSICS OUTREACH GROUP (IPPOG)

...πίσω στον κατάλογο του LHC

...πίσω στον κατάλογο των Δελτίων Τύπου

CERN: Δελτίο Τύπου
Γενεύη, 13 Αυγούστου 2012

Τα πειράματα στον LHC δίνουν νέα στοιχεία για την ύλη στο πρώιμο σύμπαν

Γενεύη, 13 Αυγούστου 2012. Τα πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων Large Hadron Collider, LHC) στο CERN⁽¹⁾ κάνουν νέα βήματα στην κατανόηση του πρώιμου σύμπαντος χρησιμοποιώντας βαρέα ιόντα. Οι συνεργασίες ALICE, ATLAS και CMS πραγματοποίησαν νέες μετρήσεις της μορφής της ύλης που πιθανά υπήρχε στις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του σύμπαντος. Τα πρόσφατα αυτά αποτελέσματα θα παρουσιαστούν στο προσεχές συνέδριο Quark Matter 2012 που ξεκινά σήμερα στην Ουάσιγκτον των ΗΠΑ. Τα νέα ευρήματα στηρίζονται στηρίζονται κυρίως στην λειτουργία τεσσάρων εβδομάδων του LHC με χρήση ιόντων μολύβδου που πραγματοποιήθηκε το 2011. Στο διάστημα αυτό συλλέχθηκαν 20 φορές περισσότερα δεδομένα από ό,τι το 2010.

Αμέσως μετά το Big Bang, τα κουαρκ και τα γκλουόνια - βασικά συστατικά της ύλης - δεν ήταν δεσμευμένα, όπως είναι τώρα, σχηματίζοντας σύνθετα σωματίδια όπως το πρωτόνιο και το νετρόνιο. Κινούνταν ελεύθερα σε μια κατάσταση της ύλης γνωστή ως "πλάσμα κουαρκ-γκλουονίων". Συγκρούσεις ιόντων μολύβδου στον LHC, τον ισχυρότερο παγκοσμίως επιταχυντή σωματιδίων, δημιουργούν στιγμιαία συνθήκες αντίστοιχες με αυτές του πρώιμου σύμπαντος. Εξετάζοντας περίπου ένα δισεκατομμύριο τέτοιων συγκρούσεων, τα πειράματα κατόρθωσαν να πραγματοποιήσουν ακριβείς μετρήσεις των ιδιοτήτων της ύλης σε αυτήν την οριακή κατάσταση.

"Το πεδίο της φυσικής των βαρέων ιόντων είναι σημαντική στην κατανόηση των ιδιοτήτων της ύλης στο πρώιμο σύμπαν, ένα από τα βασικά ερωτήματα της θεμελιώδους φυσικής που καλείται ο LHC και τα πειράματά του να αντιμετωπίσουν. Περιγράφει επίσης πώς, εκτός από την έρευνα που οδήγησε στην πρόσφατη ανακάλυψη του σωματιδίου που προσομοιάζει πολύ με το σωματίδιο Higgs, οι επιστήμονες του LHC μελετούν πολλά άλλα ενδιαφέροντα φαινόμενα τόσο σε συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου όσο και στις αντίστοιχες μολύβδου-μολύβδου" αναφέρει ο Rolf Heuer, Γενικός Διευθυντής του CERN.

Στο συνέδριο, τα πειράματα ALICE, ATLAS και CMS θα παρουσιάσουν λεπτομερέστερα χαρακτηριστικά της πιο πυκνής και πιο θερμής κατάστασης της ύλης που μελετήθηκε ποτέ στο εργαστήριο - 100 000 φορές θερμότερη από το εσωτερικό του Ήλιου και πυκνότερη από αυτήν ενός αστέρα νετρονίων.

Το ALICE θα παρουσιάσει μια πληθώρα νέων αποτελεσμάτων στο θέμα της εξέλιξης της πολύ πυκνής και ισχυρά αλληλεπιδρούσας ύλης τόσο στο χρόνο όσο και στο χώρο. Σοβαρή έρευνα αφορά τα λεγόμενα "χαριτωμένα" σωματίδια, δηλαδή αυτά που περιέχουν ένα χαριτωμένο (charm) κουαρκ ή το αντισωματίδιό του. Τα κουάρκ αυτά (που είναι 100 φορές βαρύτερα από τα άνω και κάτω κουαρκ που συγκροτούν την συνηθισμένη ύλη) επιβραδύνονται σημαντικά κατά την διέλευσή τους από το πλάσμα κουαρκ-γκλουονίων, προσφέροντας την ευκαιρία στους επιστήμονες να αναλύσουν τις ιδιότητές τους. Οι επιστήμονες του ALICE θα παρουσιάσουν ενδείξεις ότι η ροή του πλάσματος είναι τόσο μεγάλη, που παρασύρει μαζί του τα βαριά χαριτωμένα σωματίδια. Το πείραμα επίσης παρατήρησε ενδείξεις του φαινομένου όπου ένα χαριτωμένο κουάρκ σχηματίζει με το αντισωματίδιό του μια δέσμια κατάσταση που αποκαλείται "charmonium".

"Αυτό δείχνει ένα μόνο κορυφαίο παράδειγμα των επιστημονικών ευκαιριών που προσφέρει το πείραμα ALICE", είπε ο Paolo Giubellino, εκπρόσωπος του πειράματος ALICE. "Με περισσότερα δεδομένα που ήδη αναλύονται και περισσότερα δεδομένα που περιμένουμε να συλλέξουμε τον ερχόμενο Φεβρουάριο, είμαστε πιο κοντά από ποτέ στην κατανόηση των ιδιοτήτων της πρώιμης κατάστασης του σύμπαντος: του πλάσματος κουαρκ-γκλουονίων".

Το 1980, η παρουσία του charmonium προτάθηκε ως μια άμεση ένδειξη σχηματισμού πλάσματος κουαρκ-γκλουονίου και οι πρώτες πειραματικές ενδείξεις αναφέρθηκαν στα πειράματα σταθερού στόχου στο Υπερσύγχροτρο Πρωτονίων (Super Proton Synchrotron, SPS) στο CERN το 2000. Ο LHC, με την πολύ μεγαλύτερη διαθέσιμη ενέργεια, δίνει τη δυνατότητα, για πρώτη φορά, να μελετηθούν ανάλογες δέσμιες καταστάσεις βαρύτερου κουαρκ, όπως του χαμηλού (bottom) κουαρκ. Η υπόθεση ήταν ότι η ενέργεια της δέσμιας κατάστασης θα καθόριζε αν η συγκεκριμένη κατάσταση θα "διαλύονταν" στο παραγόμενο πλάσμα ή θα επιβίωνε σε αυτές τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Το πείραμα CMS παρατηρεί σαφή δείγματα της αναμενόμενης μείωσης των καταστάσεων κουαρκ-αντικουάρκ.

"Το CMS θα παρουσιάσει σημαντικά νέα αποτελέσματα για τα βαρέα ιόντα όχι μόνο στο θέμα της μείωσης των καταστάσεων κουαρκ-αντικουάρκ αλλά και στις γενικές ιδιότητες του μέσου καθώς και στο κατακερματισμό των πιδάκων" αναφέρει ο Joseph Incandela, εκπρόσωπος του CMS. "Μπαίνουμε σε μια νέα εντυπωσιακή εποχή με μεγάλης ακριβείας έρευνα σε ισχυρά αλληλεπιδρούσα ύλη στις μεγαλύτερες ενέργειες που έχουν επιτευχθεί στο εργαστήριο".

Ο κατακερματισμός ενός πίδακα αδρονίων είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ο πίδακας αυτός (που προέρχεται από τις συγκρούσεις των σωματιδίων στον επιταχυντή) σπάει στο πυκνό πλάσμα κουαρκ-γκλουονίου, προσφέροντας στους επιστήμονες λεπτομερείς πληροφορίες της πυκνότητας και των ιδιοτήτων της παραγόμενης ύλης. Το πείραμα ATLAS θα ανακοινώσει νέα στοιχεία για το φαινόμενο αυτό, πολύ λεπτομερή μελέτη του τρόπου που οι πίδακες μετατρέπονται σε ύλη καθώς και τη συσχέτιση μεταξύ των πιδάκων και των φορέων της ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης. Τα αποτελέσματα αυτά θα συμπληρωθούν και από άλλα εξ ίσου εντυπωσιακά, όπως εκπληκτικά στοιχεία για τη ροή του πλάσματος.

""Έχουμε εισέλθει σε μια νέα φάση όπου όχι μόνο παρατηρούμε το φαινόμενο του πλάσματος κουαρκ-γκλουονίου, αλλά μπορούμε να πραγματοποιήσουμε μετρήσεις ακριβείας με πολλούς τρόπους", λέει η Fabiola Gianotti, εκπρόσωπος του ATLAS. "Οι μελέτες θα συμβάλλουν σημαντικά στην κατανόηση του πρώιμου σύμπαντος".

⁽¹⁾ Το CERN, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός για την Πυρηνική Έρευνα, είναι το μεγαλύτερο παγκοσμίως εργαστήριο φυσικής σωματιδίων και βρίσκεται στη Γενεύη. Σήμερα, τα Κράτη-Μέλη του είναι τα: Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Γαλλία, Γερμανία, Δανία, Ελβετία, Ελλάδα, Ηνωμένο Βασίλειο, Ισπανία, Ιταλία, Νορβηγία, Ολλανδία, Ουγγαρία, Πολωνία, Πορτογαλία, Σλοβακία, Τσεχία, Σουηδία, και Φιλανδία. Η Ρουμανία είναι υποψήφιο μέλος. Το Ισραήλ και η Σερβία είναι αντεπιστέλλοντα μέλη με την προοπτική να γίνουν Κράτος-Μέλος. Οι ΗΠΑ, Ινδία, Ιαπωνία, Ρωσία, Τουρκία, Ε.Ε. και UNESCO έχουν θέση παρατηρητή.