Imagine a detectorului din proiectul ALICE / LCH

Proiectul de cercetare științifică ALICE (A Large Ion Collider Experiment) de la marele accelerator de particule LHC de la Geneva a efectuat o serie de măsurători şi caracterizări ale modului în care este produsă antimateria în procese nucleare. Caracterizarea acestor tipuri de procese ne-ar poate ajuta în identificarea materiei întunecate, care ar putea genera antimaterie în urma dezintegrării sau anihilării de particule de materie întunecată.


Există o relaţie între antimaterie şi materia întunecată? Da, o relaţie destul de directă, așa cum o să vedem în continuare.

Antimateria este compusă din particule pe care le cunoaştem, adică asemănătoare cu cele care compun materia normală, însă cu sarcina electrică (şi alte proprietăţi cuantice) opuse. Astfel, un proton cu sarcina electrică pozitivă are ca antiparticulă un anti-proton cu sarcină negativă.

Ce se întâmplă însă în cazul neutronului, care este neutru din punct de vedere electric? Ei bine, neutronul este compus din quarcuri, doi quarcuri down şi unul up, care au sarcini electrice -1/3 şi +2/3. Anti-neutronul este compus din anti-quarcuri, cu sarcini electrice opuse: anti-down, +1/3 şi anti-up, -2/3.

Materia întunecată este un mister; nu ştim din ce este alcătuită, ba mai mult, nu toţi oamenii de ştiinţă sunt convinşi de existenţa acesteia. Ar fi compusă din particule care nu fac parte din familia modelului standard. Au fost produse mai multe soluţii pentru această problemă, printre care şi cea a modelului supersimetric, care spune că fiecare particulă din modelul standard are un frate sau o soră într-o lume supersimetrică (cu spin diferit). Aceste particule au nume precum neutralino, sneutrin, dar nu au fost descoperite până în prezent.

Printre metodele pe care le avem la dispoziţie pentru a descoperi materia întunecată se numără şi metode indirecte: adică nu măsurăm direct particulele de materie întunecată, ci ceea ce rezultă ori din dezintegrarea acestora, ori din anihilarea unei particule de materie întunecată cu antiparticula corespunzătoare.

Proiecte de cercetare precum AMS, situat pe SSI (Stația Spațială Internațională), caută să măsoare excese de antimaterie care ar putea să reprezinte un semnal al proceselor amintite generate de materia întunecată. Astfel, AMS caută să măsoare anti-deuteroni, nuclee de anti-hidrogen greu, compuse  dintr-un antiproton şi un antineutron.

Cum însă anti-deuteronii sunt produşi şi în urma altor procese, cum ar fi interacţiuni ale razelor cosmice cu nucleele din mediul interstelar, înainte să putem afirma că au fost descoperite semnale indirecte ale materiei întunecate trebuie să cunoaştem foarte bine acele procese standard, adică explicate de modelul standard al fizicii particulelor elementare, care dau naştere anti-deuteronilor. Este exact ceea ce s-a făcut în cadrul proiectului ALICE de la marele accelerator de particule Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, Geneva.

ALICE este unul dintre cele opt proiecte de la LHC, celelalte fiind  ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf, MoEDAL  și FASER, şi are ca obiectiv principal măsurarea aşa-numitei plasme de quarcuri şi gluoni, adică supa primordială de imediat după Big Bang care a format practic materia şi universul pe care-l vedem astăzi.

ALICE însă a efectuat şi alte măsurători, precum cea  în cadrul căreia a reuşit să caracterizeze acele procese care dau naştere deuteronilor în urma interacţiunii particulelor de mare energie din fasciculele de la LHC cu materia nucleară, procese asemănătoare cu ceea ce se întâmplă atunci când razele cosmice interacţionează cu nucleele din Univers.

Acest rezultat permite cercetătorilor de la AMS să vadă dacă în ceea ce măsoară există diferenţe faţă de rezultatele obţinute de ALICE. Dacă se observă diferenţe, adică dacă numărul deuteronilor observaţi este mai mare decât cel prevăzut doar din procesele cunoscute, atunci este foarte posibil să fim în prezenţa primelor semnale datorate materiei întunecate (pe lângă gravitaţia pe care aceasta o exercită asupra materiei vizibile din galaxii).

Materia întunecată, compoziţia acesteia, dar şi distribuţia ei în univers rămân mistere ale fizicii moderne care aşteaptă să fie descifrate. Măsurători precum cele efectuate de ALICE ne apropie, sperăm, de soluţia misterului.


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
Susţine-ne pe Patreon!


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro