Δημιουργώντας τη 'σούπα' του Big Bang

Από το MS NBC, 1-6-2000

Προσομοίωση της σύγκρουσης δύο ιόντων μολύβδου.

Ένα πείραμα, που έλαβε χώρα, στο Σχετικιστικό Βαρέων Ιόντων Συγκρουστή (RHIC) του Brookhaven National Laboratory, της Νέας Υόρκης,  βοηθά να  διασπαστούν πυρήνες χρυσού μαζί στο 99.95 % της ταχύτητας του φωτός - δημιουργώντας θερμοκρασίες περισσότερο από ένα τρισεκατομμύριο βαθμούς, που είναι 100.000 φορές μεγαλύτερη από του 'Ηλιου. Με το πείραμα αυτό, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δημιουργήσουν για μιά απειροελάχιστη στιγμή ελεύθερα quark, πριν αυτά ανασυνταχθούν σε κανονική ύλη.

Επιστήμονες από την Νέα Υόρκη, λέγουν οτι  είναι λίγες μόλιs ημέρες μακριά από ένα ορόσημο μέσα στον χώρο της Φυσικής. Τις συγκρούσεις του πρώτου σωματιδίου μέσα στην πιό ισχυρή μηχανή του είδους του. Λένε σχετικά πως το πείραμα τελικώς θα δημιουργήσει μιά κατάσταση της ύλης που υπήρξε ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά το Big Bang.

Αυτό το πείραμα έχει δημιουργήσει μιά νόμιμη και επιστημονική συζήτηση άξια μιας σχεδιαζόμενης ταινία. Η θεωρία προβλέπει ότι αυτή η κατάσταση πρέπει να υπήρξε για 10 μsec μετά το Big Bang, πριν τον σχηματισμό της γνωστής ύλης. Η κατανόηση της δημιουργίας του σύμπαντος, περνάει μέσα από την κατανόηση του σχηματισμού της 'σούπας' των γκλουονίων-κουάρκ και μετά από τα πρώτα τρία λεπτά του Big Bang, του σχηματισμού των συνηθισμένων ατομικών πυρήνων.

"Κάτω από αυτές τις συνθήκες, νετρόνια και πρωτόνια στον πυρήνα του ατόμου κυριολεκτικώς θα   λιώσουν σε ένα πλάσμα από quarks. Αυτή είναι μία θερμοδυμαμική φάση μετάβασης, όπως το νερό που αλλάζει από στερεή σε υγρή φάση, ή ένα υγρό σε έναs αέριο όποτε αυτό βράζει" , είπε ο Tom Ludlam, διευθυντής του project για το RHIC.

Οι Φυσικοί λέγουν ότι τα νετρόνια και τα πρωτόνια  μέσα στην συνηθισμένη ύλη είναι πραγματικά φτιαγμένα από συνδυασμούς  quarks, σωματίδια πού για πρώτη φορά επιβεβαιώθηκαν την δεκαετία του 1960.  Τα quarks είναι συνδεδεμένα μαζί διαμέσου της ανταλλαγής των  ιδιότροπων σωματιδίων γκλουονίων, φορέων των ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων. Έτσι, το αντικείμενο του Tom Ludlam, για 15-ετία υπεύθυνου στο Brookhaven, είναι να δημιουργήσει μιά σούπα που καλείται πλάσμα quark-gluon

Στο  πρώτο εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά την έναρξη του σύμπαντος, όλος ο κόσμος αποτελείτο από αυτή την υπέρπυκνη, υπέρθερμη σούπα, λένε οι επιστήμονες . Μα αυτοί ποτέ δεν έχουν παρατηρήσει αυτή τη σούπα μέσα στο τρέχων σύμπαν - παρ΄ όλο που μιά λιγότερο ισχυρό πείραμα συγκρούσεων στο CERN  της Ελβετίας  μπορεί να   έχει προμηθεύσει έμμεση απόδειξη της ύπαρξη του, τον περασμένο χρόνο και επιβεβαιώνει θεαματικά το καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων αλλά και τη φυσική του Big Bang, αφού αυτή προβλέπει ένα στάδιο στην αρχική εξέλιξη του σύμπαντος, στο οποίο τα quark κινούνταν ελεύθερα, προτού «συλληφθούν» και σχηματίσουν άλλα σωματίδια.

Ως γνωστόν τα quark συγκρατούνται από τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. Σύμφωνα όμως με τις προβλέψεις η υψηλή θερμοκρασία την εποχή της 'σούπας' η ισχυρή δύναμη αδυνατούσε να συγκρατήσει τα σωματίδια. Ετσι τα γκλουόνια (που είναι φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης) μαζί με τα quark υπήρχαν ελεύθερα σε μια 'σούπα'.
Αργότερα όμως με την επέκταση και ψύξη του Σύμπαντος, τα quark δεσμεύτηκαν εντός των σωματιδίων (μεσόνια και αδρόνια).

"Οι επιστήμονες-πειραματιστές του Brookhaven αναμένουν να δημιουργήσουν λεπτές διαρρήξεις του πλάσματος quark-gluon για ένα δισεκατομμυριοστό του τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Τότε το πλάσμα θα ενωθεί πάλι προς την συνιθισμένη μορφή της ύλης", λέγει ο Tom Ludlam

Η αναζήτηση του πλάσματος αυτού έχει αρκετά μακριά ιστορία και αρκετά πειράματα λάμβαναν χώρα ανά τον κόσμο για την αναδημιουργία και την ανίχνευση αυτής της πρωταρχικής «σούπας» σωματιδίων, αλλά τα πειράματα στον επιταχυντή της CERN με πυρήνες μολύβδου έδωσαν τελικά τις πρώτες ενδείξεις για τη δημιουργία πλάσματος. Αν και η είδηση είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακή, πρέπει να σημειωθεί ευθύς εξαρχής ότι οι αποδείξεις είναι έμμεσες και θα πρέπει να ακολουθήσουν και μελλοντικά πειράματα και για επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων αλλά και για εμβάθυνση των γνώσεων γύρω από τις ιδιότητες του πλάσματος. Πάντως, οι ειδικοί στη CERN πιστεύουν ότι για σύντομο χρονικό διάστημα δημιούργησαν μια κατάσταση της ύλης 20 φορές πιο πυκνή από τη συνηθισμένη νουκλεϊκή ύλη, στην οποία αντιστοιχούν θερμοκρασίες 100.000 φορές πιο μεγάλες από ό,τι στο κέντρο του Ήλιου!

RHICΤο RHIC βρίσκεται στη Νέα Υόρκη, και περιλαμβάνει ένα δακτύλιο των 2.4 μιλίων, ορατό στην αριστερή αεροφωτογραφία,και στοίχησε 600 εκατομμύρια δολλάρια. 

"Προσπαθούμε να απαντήσουμε στην ερώτηση γιατί υπάρχουν αυτές οι διαμορφώσεις των quarks κι όχι κάποιες άλλες. Αυτό ανοίγει νέους δρόμους στους ανθρώπους της Πυρηνικής Φυσικής.
Για τους πρώτους μήνες του πειράματος, οι συγκρούσεις θα προχωρούν με μιά ενέργεια της τάξης των 70 Gev ανά νουκλεόνιο. Αυτή είναι επτά φορές πιό μεγάλη από τις συγκρούσεις στο CERN. Τελικώς, τα ενεργειακά επίπεδα, οφείλουν να φτάσουν στα 100 Gev.", λέγει ο Tom Ludlam

Δείτε και το σχετικό άρθρο Πλάσμα κουαρκ-γκλουονίων: Η τέταρτη μορφή της ύλης

Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
Από το CERN  Ενημέρωση για το πείραμα της δημιουργίας της 'νέας ύλης'

Από το Brookhaven  Ενημέρωση για το RHIC

Home