Pe măsură ce numărul de particule produse în urma coliziunilor protonilor creşte (liniile albastre), creşte şi numărul hadronilor stranii (pătratele portocalii şi roşii)
(Imagine: ALICE/CERN)

Noi rezultate obţinute în cadrul proiectului de cercetare ALICE la marele accelerator de particule de la Geneva arată că în cadrul ciocnirilor dintre protoni se produc particule care conţin quarcuri de tip straniu. Acest rezultat neaşteptat este în prezent analizat de către cercetători pentru a se înţelege cum iau naştere astfel de particule şi ce putem afla despre Big Bang din studiul acestora.


Lumea particulelor elementare este descrisă de către aşa-numitul model standard al particulelor elementare, care conţine toate particulele elementare (care nu au o structură) descoperite până acum. Printre acestea să găsesc electronii, dar şi quarcurile de tipul „up” şi „down” care alcătuiesc protonii şi neutronii ce compun atomii şi materia vizibilă din Univers. Modelul standard conţine însă şi alte tipuri de quarcuri, precum cel „straniu”, pe care îl putem găsi însă doar în particule care trăiesc foarte puţin, întrucât se dezintegrează. Aceste particule sunt generate ori în urma interacţiunilor razelor cosmice cu atomii din atmosferă, ori la acceleratoarele de particule.

Pentru înţelegerea şi testarea modelului standard şi a eventualelor particule care nu sunt conţinute în acest model, precum particule de materie întunecată, dacă aceasta există, a fost realizat marele accelerator de particule de la Geneva, Large Hadron Collider (LHC). Acest accelerator are o circumferinţă de circa 27 kilometri şi accelerează 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 LNH de câţiva ani de zile şi au realizat deja descoperii importante – precum cea a bosonul Higgs, care era ultima particula ce lipsea din modelul standard din punct de vedere experimental.

Iată însă că o nouă descoperire, neaşteptată, a fost realizată recent de către experimentul ALICE, care are drept obiectiv studiul interacţiunilor dintre fascicule de ioni de plumb sau protoni la energii extrem de mari, pentru a realiza aşa-numita plasmă de quarcuri şi gluoni, care se crede că ar fi existat imediat după Big Bang.

Temperatura echivalentă la care se ajunge în această plasmă de quarcuri şi gluoni este de circa 100.000 de ori mai mari decât cea din centrul Soarelui şi, se crede, ar fi existat la circa o milionime de secundă după naşterea universului nostru. Quarcurile sunt „prizonieri” în protoni şi neutroni, ţinute în interiorul acestora de către interacţiunea puternică (care are loc prin schimb de gluoni – particulele purtătoare pentru forţa tare). Protonul conţine două quarcuri de tip „up” şi unul „down” în timp ce neutronul conţine două quarcuri de tip „down” şi unul „up”.

Se crede însă că imediat după Big Bang quarcurile erau libere, acestea formând protonii şi neutronii doar în urma răcirii Universului (în urma expansiunii). Este exact ceea ce studiază ALICE, dorind să recreeze condiţiile care se crede că au existat imediat după Big Bang.

În urma interacţiunii dintre fasciculele de ioni de plumb a fost observată naşterea de particule care conţin, pe lângă quarcurile „up” şi „down” şi quarcuri de tip „straniu”. Acestea din urmă sunt mai grele decât primele două şi fac parte din aşa-numita a doua familie de particule din cadrul modelului standard. Generarea de particule (precum kaonii) care conţin quarcuri stranii în interacţiunea dintre ionii de plumb era de aşteptat, conform teoriei. Mai puţin însă era de aşteptat ca particule „stranii” să ia naştere inclusiv în interacţiunile dintre fascicule de protoni. Cercetătorii din ALICE însă au observat cum şi în urma acestor interacţiuni iau naştere o serie de particule care conţin quarcuri „stranii”.

Acest fenomen neaşteptat dă de lucru teoreticienilor, care încearcă să înţeleagă cum are loc acest proces şi, mai ales, care sunt implicaţiile în înţelegerea fenomenelor ce au avut loc imediat după Big Bang.

Ce rol au quarcurile stranii în formarea şi evoluţia Universului nostru?  Ce rol au acestea în Universul actual? O ipoteză în faza de studiu este cea legată de prezenţa acestor quarcuri în interiorul stelelor de neutroni.