Δημοσιεύθηκε από
Το μυστηριώδες σωματίδιο θα αποκαλύψει ιδέες για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.
Το σωματίδιο παρήχθη μέσα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. (Πίστωση εικόνας: Shutterstock)
Οι φυσικοί του μεγαλύτερου θρυμματιστή ατόμων στον κόσμο εντόπισαν ένα μυστηριώδες, αρχέγονο σωματίδιο από την αυγή του χρόνου.
Περίπου 100 από τα βραχύβια σωματίδια “Χ” – που ονομάστηκαν έτσι λόγω της άγνωστης δομής τους – εντοπίστηκαν για πρώτη φορά ανάμεσα σε τρισεκατομμύρια άλλα σωματίδια μέσα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), τον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη στο CERN (ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας).
Αυτά τα σωματίδια Χ, τα οποία πιθανότατα υπήρχαν στα μικρότερα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη , ανιχνεύθηκαν μέσα σε ένα κυματιστό ζωμό στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζεται πλάσμα κουάρκ-γλουονίου , που σχηματίστηκε στο LHC με τη συντριβή ιόντων μολύβδου . Μελετώντας τα αρχέγονα σωματίδια Χ με περισσότερες λεπτομέρειες, οι επιστήμονες ελπίζουν να δημιουργήσουν την πιο ακριβή εικόνα της προέλευσης του σύμπαντος. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 19 Ιανουαρίου στο περιοδικό Physical Review Letters .
Σχετικό: Πέρα από το Χιγκς: 5 άπιαστα σωματίδια που μπορεί να κρύβονται στο σύμπαν
“Αυτή είναι μόνο η αρχή της ιστορίας”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Yen-Jie Lee, μέλος της συνεργασίας CMS του CERN και ένας πειραματικός φυσικός σωματιδίων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης . “Δείξαμε ότι μπορούμε να βρούμε ένα σήμα. Στα επόμενα χρόνια, θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου για να διερευνήσουμε την εσωτερική δομή του σωματιδίου Χ, κάτι που θα μπορούσε να αλλάξει την άποψή μας για το είδος του υλικού που θα πρέπει να παράγει το σύμπαν.”
Οι επιστήμονες εντοπίζουν την προέλευση των σωματιδίων Χ σε λίγα μόλις εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν ήταν μια υπερθερμασμένη σούπα πλάσματος τρισεκατομμυρίων βαθμών που βρίθει από κουάρκ και γκλουόνια – στοιχειώδη σωματίδια που σύντομα ψύχθηκαν και συνδυάστηκαν στα πιο σταθερά πρωτόνια και νετρόνια που γνωρίζουμε σήμερα.
Λίγο πριν από αυτή την ταχεία ψύξη, ένα μικροσκοπικό κλάσμα των γκλουονίων και των κουάρκ συγκρούστηκαν, κολλώντας μεταξύ τους για να σχηματίσουν πολύ βραχύβια σωματίδια Χ. Οι ερευνητές δεν γνωρίζουν πώς διαμορφώνονται τα στοιχειώδη σωματίδια για να σχηματίσουν τη δομή του σωματιδίου Χ. Αλλά αν οι επιστήμονες καταφέρουν να το καταλάβουν αυτό, θα έχουν πολύ καλύτερη κατανόηση των τύπων σωματιδίων που ήταν άφθονα κατά τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.
Για να αναδημιουργήσουν τις συνθήκες ενός σύμπαντος στα σπάργανά του, οι ερευνητές του LHC εκτόξευσαν θετικά φορτισμένα άτομα μολύβδου μεταξύ τους με υψηλή ταχύτητα, συνθλίβοντάς τα για να παράγουν χιλιάδες άλλα σωματίδια σε μια στιγμιαία έκρηξη πλάσματος που μοιάζει με τη χαοτική αρχέγονη σούπα του νεαρού σύμπαντος. Αυτό ήταν το εύκολο κομμάτι. Το δύσκολο μέρος ήταν η αναζήτηση δεδομένων από 13 δισεκατομμύρια μετωπικές συγκρούσεις ιόντων για να βρεθούν τα σωματίδια Χ.
«Θεωρητικά μιλώντας, υπάρχουν τόσα πολλά κουάρκ και γκλουόνια στο πλάσμα που η παραγωγή σωματιδίων Χ θα πρέπει να ενισχυθεί», είπε ο Λι. «Αλλά οι άνθρωποι σκέφτηκαν ότι θα ήταν πολύ δύσκολο να τα ψάξουν, γιατί υπάρχουν τόσα άλλα σωματίδια που παράγονται σε αυτή τη σούπα κουάρκ».
Αλλά οι ερευνητές είχαν μια χρήσιμη ιδέα για να δουλέψουν. Αν και οι φυσικοί των σωματιδίων δεν γνωρίζουν τη δομή του σωματιδίου Χ, γνωρίζουν ότι θα πρέπει να έχει ένα πολύ ευδιάκριτο μοτίβο αποσύνθεσης, επειδή τα «κόρη» σωματίδια που κάνει θα πρέπει να κλείνουν σε μια πολύ διαφορετική κατανομή γωνιών από εκείνα που παράγονται από άλλα σωματίδια. Αυτή η γνώση έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να δημιουργήσουν έναν αλγόριθμο που ξεχώριζε τα ενδεικτικά σημάδια δεκάδων σωματιδίων Χ.
«Είναι σχεδόν αδιανόητο ότι μπορούμε να ξεχωρίσουμε αυτά τα 100 σωματίδια από αυτό το τεράστιο σύνολο δεδομένων», είπε στη δήλωση ο συν-συγγραφέας Jing Wang, φυσικός στο MIT. “Κάθε βράδυ ρωτούσα τον εαυτό μου, είναι αυτό όντως σήμα ή όχι; Και στο τέλος, τα δεδομένα είπαν ναι!”
Τώρα που οι ερευνητές έχουν αναγνωρίσει την υπογραφή του σωματιδίου Χ, μπορούν να προσδιορίσουν την εσωτερική του δομή. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από τρία στενά συνδεδεμένα κουάρκ, αλλά οι ερευνητές πιστεύουν ότι το σωματίδιο Χ θα φαίνεται εντελώς διαφορετικό. Τουλάχιστον, γνωρίζουν ότι το νέο σωματίδιο περιέχει τέσσερα κουάρκ, αλλά δεν ξέρουν πώς είναι συνδεδεμένα. Το νέο σωματίδιο θα μπορούσε να περιλαμβάνει τέσσερα κουάρκ συνδεδεμένα εξίσου σφιχτά μεταξύ τους, καθιστώντας το ένα εξωτικό σωματίδιο που ονομάζεται τετρακουάρκ, ή δύο ζεύγη κουάρκ – που ονομάζονται μεσόνια – χαλαρά συνδεδεμένα μεταξύ τους.
«Προς το παρόν, τα δεδομένα μας είναι συνεπή και με τις δύο [δομές] επειδή δεν έχουμε αρκετά στατιστικά στοιχεία ακόμα», είπε ο Lee. “Τα επόμενα χρόνια, θα πάρουμε πολύ περισσότερα δεδομένα για να μπορέσουμε να διαχωρίσουμε αυτά τα δύο σενάρια. Αυτό θα διευρύνει την άποψή μας για τα είδη των σωματιδίων που παρήχθησαν άφθονα στο πρώιμο σύμπαν.”
Δημοσιεύτηκε αρχικά στο Live Science.
Ο Ben Turner είναι συγγραφέας προσωπικού στο Live Science με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο. Καλύπτει τη φυσική και την αστρονομία, μεταξύ άλλων θεμάτων όπως τα περίεργα ζώα και η κλιματική αλλαγή. Αποφοίτησε από το University College του Λονδίνου με πτυχίο στη σωματιδιακή φυσική πριν εκπαιδευτεί ως δημοσιογράφος. Όταν δεν γράφει, ο Μπεν απολαμβάνει να διαβάζει λογοτεχνία, να παίζει κιθάρα και να ντρέπεται με το σκάκι.
https://www.livescience.com/x-particle-spotted-inside-lhc?utm_source=SmartBrief&utm_medium=email&utm_campaign=368B3745-DDE0-4A69-A2E8-62503D85375D&utm_content=2F935CC5-4D1C-4731-B8CA-017E7A980D6D&utm_term=5cede0db-48cf-45bd-832b-62644057f5a6
Αφήστε μια απάντηση