LHC spozoroval čudné správanie sa superhorúcich častíc
8.12.2012 17:24:33 | Ján Klučársciencenews.org | Počet zobrazení: 4193x
Čudne sa správajúce subatomárne častice v najsilnejšom urýchľovači častíc na svete by mohli pomôcť pochopiť ako sa správa hmota v oblasti najmenších rozmerov a najvyšších energií. Bežne LHC - nachádzajúci sa blízko Ženevy - urýchľuje protóny a necháva ich navzájom sa zrážať pri rýchlostiach blízkych rýchlosti svetla. V septembri nechali vedci v LHC niekoľko hodín narážať urýchlené protóny do nukleónov olova - pozostávajúcich z 82 protónov a 126 neutrónov. Bol to len testovací experiment určený na kalibráciu prístrojov pre budúce experimenty.
Keď fyzici zo spolupracujúceho Compact Muon Solenoid analyzovali údaje, rýchlo si všimli, že niečo nie je v poriadku. Keď sa protón a nukleón olova zrazia, roztrieštia sa na menšie častice a rozletia sa do všetkých smerov. Pohyb každého z týchto úlomkov by mal byť takmer úplne náhodný, teda smer pohybu jednej častice by nemal nič napovedať o smere pohybu druhej častice. Avšak počas týchto zrážok smery pohybu jednotlivých častíc navzájom súviseli. Aj častice vzdialené ďaleko od seba zdanlivo koordinovali navzájom svoj smer pohybu.
Podľa Gunthera Rolanda z MIT je toto jeden z najzaujímavejších neočakávaných efektov, ktoré kedy na LHC spozorovali. Spolu so svojim tímom sa nesnažil vysvetliť toto správanie, ale poznamenal, že iní fyzici už prišli s niekoľkými vysvetleniami.
Jednou z možností je, že ohromne vysoká teplota v zóne zrážky skvapalnila malinké kúsky hmoty. Prvýkrát fyzici pozorovali exotický tekutý stav hmoty, známy ako kvarkovo-gluónová plazma, pred siedmimi rokmi, keď navzájom zrážali nukleóny zlata v Relativistic Heavy Ion Collider, ktorý patrí New Yorkskému Brookhaven National Laboratory. Pretože kvarkovo-gluónová plazma tečie ako tekutina, pozorovaný efekt v LHC by mohol byť prejavom častíc na vonkajšom okraji plazmy pri jej ochladzovaní.
Raju Venugopalan a Kevin Dusling z Brookhavenu prezentovali zaujímavú alternatívu k tejto hypotéze. Podľa nich sa častice skutočne navzájom ovplyvňujú. Ak by sa ich teória ukázala ako správna, bola by ďalšou manifestáciou kvantovej mechaniky, teda čudných fyzikálnych zákonov platiacich v najmenších rozmeroch. Fyzici z Brookhavenu hovoria, že gluóny - častice držiace protóny pohromade - dokážu tvoriť polia, keď sú v pohybe pri rýchlosti blízkej rýchlosti svetla. Tieto polia umožnia gluónom vo viacerých protónoch medzi sebou navzájom reagovať a ovplyvňovať sa. Podľa Venugopalana a Duslinga pri správnych podmienkach sa určité častice prestanú správať ako individuálne častice hmoty a začnú sa správať viac ako koordinovaný súbor.
Berndt Mueller z Duke University, ktorý nie je členom tímu CMS, povedal, že sa prikláňa k teórii kvarkovo-gluónovej plazmy, pretože je to najjednoduchšie z vysvetlení. Avšak, ak by hociktoré z týchto vysvetlení bolo potvrdené, pomohlo by to fyzikom lepšie pochopiť zvláštne pravidlá, ktoré diktujú, ako sa hmota správa v najextrémnejších podmienkach. Fyzici by radi zistili viac o kvarkovo-gluónovej plazme, pretože si myslia, že všetka hmota vo vesmíre kedysi v tomto stave bola, niekoľko milióntin sekundy po Veľkom Tresku.
Ak majú Venugopolan a Dusling pravdu, potom by fyzici zistili viac o stavbe protónu a o tom, ako dokáže ovplyvňovať hmotu vo svojom okolí. Obe vysvetlenia však majú medzery. Roland podotkol, že kolízie medzi protónmi a olovom by nemali vytvoriť extrémne podmienky potrebné na vytvorenie kvarkovo-gluónovej plazmy. Venugopalanova a Duslingova teória síce je teoreticky možná, no ešte nikdy sa ju nepodarilo experimentálne potvrdiť.
Našťastie táto záhada môže mať rýchle riešenie. Budúci mesiac sa budú v LHC zase zrážať protóny s nukleónmi olova. Tentoraz to bude plánovaný experiment, na ktorý budú vedci dozerať počas niekoľkých týždňov. Toto by malo tímu vedcov poskytnúť 100 000 násobok doterajších údajov, čo by pri vysvetlení tejto záhady značne pomohlo.