Επιστήμονες του CERN ανακάλυψαν ότι το κβαρκο-γλουονικό πλάσμα — η πρωτόγονη ύλη που υπήρχε στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη — μπορεί να σχηματίζεται ακόμα και σε μικρές συγκρούσεις σωματιδίων. Τα νέα δεδομένα από το πείραμα ALICE στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων αλλάζουν αυτό που πιστεύαμε για τις συνθήκες της αρχέγονης ύλης.
Στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν δεν ήταν παρά ένα βραστό, πυκνό σούπα από κβαρκ και γλουόνια — τα πιο θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης. Αυτό το κβαρκο-γλουονικό πλάσμα υπήρξε για ένα ελάχιστο κλάσμα χρόνου πριν ψυχρανθεί αρκετά ώστε να σχηματιστούν τα πρώτα πρωτόνια και νετρόνια. Σήμερα, επιστήμονες του CERN κατάφεραν να το αναδημιουργήσουν στο εργαστήριο — και αυτό που είδαν αλλάζει τη θεωρία.
Το πείραμα ALICE στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) κοντά στη Γενεύη μελετά ακριβώς αυτό: τι συμβαίνει όταν πυρήνες ατόμων συγκρούονται σε ταχύτητες κοντά στο φως. Μέχρι πρόσφατα, η κυρίαρχη άποψη ήταν ότι μόνο οι συγκρούσεις βαρέων πυρήνων — όπως ο μόλυβδος — είναι αρκετά ισχυρές για να παράγουν κβαρκο-γλουονικό πλάσμα. Οι συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων, ή μεταξύ πρωτονίων και πυρήνων μολύβδου, θεωρούνταν πολύ μικρές για κάτι τέτοιο.
Τα νέα δεδομένα αμφισβητούν αυτή την παραδοχή. Η ομάδα ALICE παρατήρησε ένα χαρακτηριστικό μοτίβο — γνωστό ως ανισοτροπική ροή — σε όλες τις κατηγορίες συγκρούσεων: μεταξύ πρωτονίων, μεταξύ πρωτονίων και μολύβδου, αλλά και μεταξύ βαρέων πυρήνων. Η ανισοτροπική ροή είναι ένα από τα βασικά «αποτυπώματα» του κβαρκο-γλουονικού πλάσματος: τα σωματίδια δεν εκπέμπονται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά ακολουθούν μια προτιμώμενη πορεία. Και το μοτίβο αυτό εμφανίζεται ακόμα και στις μικρές συγκρούσεις, όταν παράγεται ασυνήθιστα μεγάλος αριθμός σωματιδίων.
Πιο συγκεκριμένα, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι τα βαρυόνια — σωματίδια που αποτελούνται από τρία κβαρκ, όπως τα πρωτόνια — εμφανίζουν ισχυρότερη ροή από τα μεσόνια, που αποτελούνται από δύο κβαρκ. Αυτή η διαφορά δεν είναι τυχαία: σχετίζεται με τον τρόπο που τα κβαρκ «συνενώνονται» για να σχηματίσουν μεγαλύτερα σωματίδια, μια διαδικασία που ονομάζεται συνένωση κβαρκ. Το γεγονός ότι το ίδιο μοτίβο εμφανίζεται τόσο στις μεγάλες όσο και στις μικρές συγκρούσεις υποδηλώνει ότι κάτι ανάλογο με το κβαρκο-γλουονικό πλάσμα σχηματίζεται ακόμα και σε μικρότερες κλίμακες.
«Είναι η πρώτη φορά που παρατηρούμε αυτό το μοτίβο ροής σε ένα ευρύ φάσμα ορμής και για πολλαπλά είδη σωματιδίων, σε ένα υποσύνολο συγκρούσεων πρωτονίων όπου παράγεται ασυνήθιστα μεγάλος αριθμός σωματιδίων», δήλωσε ο David Dobrigkeit Chinellato, Συντονιστής Φυσικής του πειράματος ALICE. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, ταιριάζουν με μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη τη συνένωση κβαρκ — ενώ τα μοντέλα που αγνοούν αυτή τη διαδικασία αποτυγχάνουν να αναπαράγουν τα παρατηρούμενα δεδομένα.
Ωστόσο, ακόμα και τα καλύτερα μοντέλα δεν εξηγούν πλήρως τα αποτελέσματα. Υπάρχουν ακόμα ανοιχτά ερωτήματα, και η ομάδα ελπίζει ότι οι συγκρούσεις πυρήνων οξυγόνου — που καταγράφηκαν το 2025 και βρίσκονται σε ενδιάμεσο μέγεθος μεταξύ πρωτονίων και μολύβδου — θα βοηθήσουν να γεφυρωθεί αυτό το κενό. Κάθε νέο πείραμα φέρνει τους επιστήμονες ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση των συνθηκών που επικρατούσαν στο σύμπαν πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια — στα πρώτα, χαοτικά κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη γέννησή του.
