Prin ciocnirea particulelor, oamenii de ştiinţă speră să recreeze primele momente ale universului, la o scară mai mică. Pentru câteva milionimi de secundă după Big Bang universul a constat dintr-un amestec fierbinte de particule elementare, denumite quarcuri şi gluoni.
Câteva microsecunde mai târziu, acele particule au început să se răcească, formând protonii şi neutronii, blocurile fundamentale ale materiei.
De-a lungul ultimului deceniu, fizicienii din întreaga lume au încercat să recreeze acel amestec, cunoscut sub denumirea de plasmă quark-gluon (PQG), prin ciocnirea nucleelor de atomi cu suficientă energie pentru a produce temperaturi de trilioane de grade.
O imagine a unei prime coliziuni cu nivel maxim de energie între ioni de aur, captată de detectorul STAR în urma experimentului desfăşurat cu ajutorul Acceleratorului de Ioni Grei Relativişti din cadrul Laboratorului Brookhaven
„Dacă sunteţi interesaţi de proprietăţile universului vechi de câteva microsecunde, cea mai bună metodă de a-l studia nu este de a construi un telescop, ci de a construi un accelerator de particule”, afirmă Krishna Rajagopal, fizician teoretic la MIT (Massachusetts Institute of Technology) care studiază PQG.
Quarcurile şi gluonii, cu toate că sunt elementele care alcătuiesc protonii şi neutronii, se comportă total diferit faţă de acele particule grele. Interacţiunile dintre aceste particule sunt guvernate de o teorie denumită cromodinamica cuantică, dezvoltată parţial de Jerome Friedman şi Frank Wilczek, profesori la MIT, care au câştigat premii Nobel pentru munca lor. Cu toate acestea, comportamentul efectiv al quarcurilor şi gluonilor este dificil de studiat deoarece fac parte din structura unor particule mai grele. Singurul loc din întreg Universul unde există plasma quark-gluon este în acceleratoarele de mare viteză, pentru foarte scurte momente de timp.
În 2005, cercetătorii de la RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider – Acceleratorul de Ioni Grei Relativişti) din Laboratorul Naţional Brookhaven au raportat crearea PQG prin ciocnirea unor atomi de aur cu viteze apropiate de cea a luminii. Aceste coliziuni pot produce temperaturi de până la 4 trilioane de grade, adică de 250.000 de ori mai cald decât interiorul Soarelui şi suficient de cald pentru a topi protonii şi neutronii în quarcuri şi gluoni.
Picătura rezultată de materie super-încălzită şi super-densă, cu un diametru de aproximativ a milioana milionime dintr-un centimetru, le-ar putea da cercetătorilor detalii noi despre proprietăţile Universului timpuriu. Până acum, au reuşit surprinzătoarea descoperire că plasma quark-gluon este un lichid cu o fricţiune aproape nulă, nu un gaz cum se aşteptau oamenii de ştiinţă.
Prin realizarea unor coliziuni cu energii mai mari, cercetătorii speră să afle mai multe despre proprietăţile PQG şi dacă aceasta se transformă în gaz la temperaturi mai mari. De asemenea ei vor să studieze mai atent similarităţile surprinzătoare care au fost observate între PQG şi gazele ultra-răcite (apropiate ca temperatură de zero absolut), create în laborator de Martin Zwierlein şi alte persoane de la MIT. „Ambele substanţe au o fricţiune aproape nulă, iar fizicienii cred că teoria corzilor ar putea explica ambele fenomene”, spune Rajagopal.
La „Marele Accelerator de Hadroni” (Large Hadron Collider - LHC) din Geneva, Gunther Roland, Wit Busza şi Boleslaw Wyslouch, profesori renumiţi ai MIT, se numără printre fizicienii care planifică dublarea temperaturii atinse la Brookhaven, oferind o privire rapidă asupra etapelor şi mai timpurii ale formării Universului.
Traducere după Explained: Quark-gluon plasma de Arseni Stefan Ciprian
