Imagine a detectorului din proiectul ALICE / LCH
Cercetători din cadrul proiectului de cercetare ALICE de la Marele accelerator de hadroni (LHC) de la CERN au măsurat proprietățile unor nuclee care conțin hiperoni – adică particule cu quarcuri stranii. Acest tip de studii ne poate ajuta să înțelegem dacă în inima stelelor neutronice există, pe lângă nucleonii pe care îi cunoaștem, și particule precum hiperonii.
ALICE la CERN
Unul dintre proiectele de cercetare de la LHC (Large Hadron Collider) este ALICE, care studiază ceea ce se întâmplă atunci când se ciocnesc la energii foarte mari nuclee de plumb.
În urma acestor coliziuni iau naștere mii de particule în starea finală, multe dintre acestea prin transformarea energiei în masă (conform E=mc2, formula lui Einstein). La ALICE se studiază aceste procese pentru a înțelege mai bine nașterea și evoluția universului, dar și procese de fizică nucleară care ar putea avea loc în stele și structura stelelor de neutroni.
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.
→ Quarcurile, împreună cu electronii, neutrinii, dar și alte particule elementare (de exemplu, bosonul Higgs) fac parte din teoria modelului standard al particulelor elementare.
Stelele neutronice
Stelele neutronice sunt ceea ce rămâne dintr-o stea mai mare că Soarele, însă nu mult mai mare (în acest caz se formează o gaură neagră), atunci când aceasta ajunge la sfârșitul vieții, în momentul în care în interior nu mai pot avea loc reacții de fuziune nucleară care să se opună forței gravitaționale. Când se ajunge în această fază, forța gravitațională domină și în cadrul colapsului gravitațional diverse straturi ale stelei se ciocnesc între ele, generând o explozie cu o energie uriașă (denumită „supernovă”).
Însă nu toată materia stelei este împrăștiată în spațiu. O parte, cea centrală, rămâne și dă naștere așa-numitei stele neutronice. La ora actuală nu știm încă bine din ce este alcătuită o stea de neutroni. Evident, conține foarte mulți neutroni (circa 1057), însă, pe lângă aceștia, în inima stelei ar putea exista și alte particule, precum cele care conțin așa-numitul quark strange, precum așa-numiții hiperoni.
Stelele de neutroni se studiază atât prin observații astrofizice și astronomice, prin undele gravitaționale generate atunci când o stea de neutroni se ciocnește cu o altă stea de neutroni sau cu o gaură neagră, dar și prin studii de fizică nucleară în laboratoarele noastre, precum cele efectuate de ALICE.
ALICE și hiper-nucleele
Hiperonii sunt particule asemănătoare protonilor și neutronilor, adică formate din trei quarcuri, unul dintre quarcuri fiind de tip strange. Se pot forma nuclee care pe lângă neuroni și protoni să conțină hiperoni; se numesc hiper-nuclee și sunt studiate pentru a se înțelege mai bine interacțiunea dintre hiperoni și nucleoni (protoni și neutroni).
ALICE a studiat un anumit tip de hiper-nuclee – așa-numitul hiper-tritiu – un nucleu care conține un proton, un neutron și un hiperon de tip Lambda. Practic au fost produse și studiate circa 1000 de hiper-nuclee de acest gen.
Studiul a fost efectuat prin măsurarea produșilor care rezultă din dezintegrarea hiper-tritiului: adică heliu-3 și un pion. S-a ajuns la concluzia că energia de legătură dintre hiperon și nucleonii din hiper-tritiu este extrem de mică (câteva zeci de KeV). Ba mai mult, a fost studiată și antimateria hiper-tritiului – anti-hiper-tritiu, care are, în limita erorilor, aceeași viață medie ca și hiper-tritiul. Acest ultim rezultat este important, întrucât, dacă nu ar fi fost așa, am fi avut o situație de rupere a unei simetrii fundamentale în univers (simetria CPT).
ALICE și stelele neutronice
Au fost descoperite stele de neutroni cu masă de circa 2 ori mai mare că a Soarelui. Altele au masă de circa 1,4 ori mai mare decât cea a astrului nostru. Din câte știm stele cu masă așa de mare (2 ori cea a Soarelui) nu ar trebui să conțină hiperoni, însă situația nu este clară.
Rezultate precum cele obținute de ALICE ne vor ajută să înțelegem mai bine interacțiunea dintre hiperoni și nucleoni și vor contribui la a descifra ecuația care stă la baza stelelor de neutroni. În așa-numitul Run3 – care începe acum – se vor achiziționa și mai multe date și vom studia în detaliu hiper-nucleele, măsurând proprietățile acestora cu precizie din ce în ce mai mare.
Acest studiu este important atât pentru fizica nucleară și a interacțiunii nucleare puternice, cât și pentru astrofizică (stelele de neutroni).
