przez
Artystyczny rysunek przedstawiający strumień cząstek powstały w wyniku zderzenia dwóch ciężkich atomów. Gdy gorąca zupa subatomowa ochładza się, nowo powstałe cząstki opadają w przestrzeń kosmiczną. Prawa autorskie: Joseph Dominicus Lapp, wyd
Naukowcy odtworzyli ekstremalne warunki wczesnego Wszechświata w akceleratorach cząstek, ujawniając zaskakujące spostrzeżenia na temat powstawania materii.
Nowe obliczenia pokazują, że nawet 70% niektórych cząstek może pochodzić z późniejszych reakcji, a nie z początkowej zupy kwarkowo-gluonowej, która powstała bezpośrednio po reakcji. Wielki wybuchOdkrycie to podważa wcześniejsze założenia dotyczące harmonogramu powstawania materii i sugeruje, że znaczna część otaczającej nas materii powstała później, niż oczekiwano. Rozumiejąc te procesy, naukowcy mogą lepiej interpretować wyniki eksperymentów zderzeniowych i poszerzać swoją wiedzę na temat pochodzenia Wszechświata.
Odtwarzanie trudnych warunków panujących we wczesnym wszechświecie
Temperatura wczesnego Wszechświata była 250 000 razy wyższa niż temperatura jądra Słońca. To znacznie więcej niż protonów i neutronów tworzących materię, którą widzimy na co dzień. Naukowcy próbują odtworzyć warunki, jakie panowały we wczesnym Wszechświecie w akceleratorach cząstek, zderzając atomy z prędkością bliską prędkości światła. Pomiar ilości cząstek spadających na Wszechświat pozwala naukowcom zrozumieć, w jaki sposób powstaje materia.
Cząstki mierzone przez naukowców mogą powstawać na różne sposoby: z pierwotnej zupy kwarków i gluonów lub z późniejszych interakcji. Te kolejne interakcje rozpoczęły się 0,000001 sekundy po Wielkim Wybuchu, kiedy cząstki złożone z kwarków zaczęły ze sobą oddziaływać. Nowe obliczenia wykazały, że aż 70% niektórych zmierzonych cząstek pochodzi z tych późniejszych interakcji, a nie z interakcji podobnych do tych, które miały miejsce we wczesnym Wszechświecie.
Zrozumienie pochodzenia materii
Odkrycie to pogłębia naukowe zrozumienie pochodzenia materii. Pomaga określić, ile otaczającej nas materii powstało w ciągu pierwszych ułamków sekundy po Wielkim Wybuchu, w porównaniu z ilością materii, która powstała w wyniku późniejszych interakcji, gdy Wszechświat się rozszerzał. Wynik ten wskazuje, że duże ilości otaczającej nas materii powstały później, niż oczekiwano.
Aby zrozumieć wyniki eksperymentów kolizyjnych, naukowcy muszą wykluczyć cząstki powstałe w kolejnych interakcjach. Tylko te powstałe w zupie subatomowej ujawniają wczesne warunki wszechświata. Nowe obliczenia pokazują, że zmierzona liczba cząstek powstałych w reakcjach jest znacznie wyższa niż oczekiwano.
Znaczenie kolejnych reakcji w powstawaniu cząstek
W latach 90. fizycy zdali sobie sprawę, że niektóre cząstki powstają w dużych ilościach w wyniku kolejnych interakcji po początkowym powstaniu Wszechświata. Cząstki zwane mezonami D mogą oddziaływać, tworząc rzadką cząsteczkę – karmon. Naukowcy nie są zgodni co do tego, jak ważny jest ten efekt. Ponieważ karmon jest rzadki, trudno go zmierzyć.
Jednak ostatnie eksperymenty dostarczają danych na temat liczby zderzeń wywołanych przez mezony karmonu i D. Uniwersytet Yale’a Uniwersytet Duke wykorzystał nowe dane do obliczenia siły tego efektu. Jego znaczenie okazało się znacznie większe, niż oczekiwano. Ponad 70% zmierzonej ilości karmonu może powstać w reakcjach.
Implikacje dla zrozumienia pochodzenia materii
Gdy gorąca zupa cząstek subatomowych ochładza się, rozszerza się w kulę ognia. Wszystko to dzieje się w czasie krótszym niż jedna setna czasu potrzebnego światłu na przebycie kukurydzaPonieważ jest tak szybka, naukowcy nie są do końca pewni, w jaki sposób kula ognia się rozszerza.
Nowe obliczenia pokazują, że naukowcy niekoniecznie muszą znać szczegóły tej ekspansji. Jednakże zderzenia powodują powstanie dużej ilości karmonu. Nowe wyniki przybliżają naukowców o krok do zrozumienia pochodzenia materii.
Odniesienie: „Regeneracja Hadronów J/ψ w zderzeniach Pb+Pb” autorstwa Josefa Dominicusa Lappa i Bernta Müllera, 11 października 2023 r., Fizyka liter b.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138246
Prace te były wspierane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii w ramach Programu Fizyki Jądrowej. Jeden z badaczy dziękuje także za gościnę i wsparcie finansowe udzielone podczas jego pobytu na Uniwersytecie Yale.
