Umelecká kresba rozprašovania častíc vznikajúcich pri zrážke dvoch ťažkých atómov. Keď sa horúca subatomárna polievka ochladí, novovzniknuté častice padajú do priestoru. Copyright: Joseph Domenicus Lapp, editor

Vedci znovu vytvorili extrémne podmienky raného vesmíru v urýchľovačoch častíc a odhalili prekvapivé poznatky o formovaní hmoty.

Nové výpočty ukazujú, že až 70 % niektorých častíc môže pochádzať z neskorších reakcií a nie z počiatočnej kvark-gluónovej polievky, ktorá vznikla bezprostredne po reakcii. Veľký treskTento objav spochybňuje predchádzajúce predpoklady o časovej osi formovania hmoty a naznačuje, že veľká časť hmoty, ktorá nás obklopuje, vznikla neskôr, ako sa očakávalo. Pochopením týchto procesov môžu vedci lepšie interpretovať výsledky kolíznych experimentov a zlepšiť svoje znalosti o pôvode vesmíru.

Obnovenie drsných podmienok, ktoré vládli v ranom vesmíre

Teplota raného vesmíru bola 250 000-krát vyššia ako teplota jadra Slnka. To je oveľa viac ako protóny a neutróny, ktoré tvoria hmotu, ktorú vidíme v našom každodennom živote. Vedci sa pokúšajú obnoviť podmienky, ktoré vládli v ranom vesmíre v urýchľovačoch častíc rozbíjaním atómov rýchlosťou blížiacou sa rýchlosti svetla. Meranie množstva častíc pršajúcich na vesmír umožňuje vedcom pochopiť, ako vzniká hmota.

Častice, ktoré vedci merajú, sa môžu vytvárať rôznymi spôsobmi: z pôvodnej polievky kvarkov a gluónov alebo z neskorších interakcií. Tieto následné interakcie začali 0,000001 sekundy po Veľkom tresku, keď zložené častice zložené z kvarkov začali navzájom interagovať. Nový výpočet zistil, že až 70 % niektorých nameraných častíc pochádza z týchto neskorších interakcií, a nie z interakcií podobných tým, ktoré sa vyskytli v ranom vesmíre.

Pochopenie pôvodu hmoty

Tento objav zlepšuje vedecké chápanie pôvodu hmoty. Pomáha určiť, koľko hmoty, ktorá nás obklopuje, sa vytvorilo v prvých zlomkoch sekundy po Veľkom tresku, v porovnaní s množstvom hmoty, ktorá vznikla z neskorších interakcií, keď sa vesmír rozpínal. Tento výsledok naznačuje, že veľké množstvo hmoty okolo nás sa vytvorilo neskôr, ako sa očakávalo.

Aby vedci pochopili výsledky kolíznych experimentov, musia vylúčiť častice vytvorené v následných interakciách. Iba tie, ktoré vznikli v subatomárnej polievke, odhaľujú rané podmienky vesmíru. Tento nový výpočet ukazuje, že nameraný počet častíc vytvorených pri reakciách je oveľa vyšší, ako sa očakávalo.

Význam následných reakcií pri tvorbe častíc

V 90. rokoch si fyzici uvedomili, že niektoré častice vznikajú vo veľkých množstvách z následných interakcií po počiatočnom vytvorení vesmíru. Častice nazývané D mezóny môžu interagovať za vzniku vzácnej častice, karmónia. Vedci sa nezhodujú v tom, aký dôležitý je tento efekt. Pretože karmónium je zriedkavé, je ťažké ho merať.

Nedávne experimenty však poskytujú údaje o počte zrážok spôsobených karmóniom a mezónmi D. Yale University Duke University použila nové údaje na výpočet sily tohto efektu. Jeho význam sa ukázal byť oveľa väčší, ako sa očakávalo. V reakciách môže vzniknúť viac ako 70 % nameraného karmónia.

Dôsledky pre pochopenie pôvodu hmoty

Keď sa horúca polievka subatomárnych častíc ochladzuje, expanduje do ohnivej gule. To všetko sa deje za menej ako stotinu času, ktorý potrebuje svetlo na prechod kukuricaKeďže je to také rýchle, vedci si nie sú úplne istí, ako sa ohnivá guľa rozšírila.

Nové výpočty ukazujú, že vedci nemusia nevyhnutne poznať detaily tohto rozšírenia. Zrážky však produkujú veľké množstvo karmónia. Nový výsledok privádza vedcov o krok bližšie k pochopeniu pôvodu hmoty.

Odkaz: „J/ψ Hadron Regeneration in Pb+Pb Collisions“ od Josefa Dominicusa Lappa a Bernta Müllera, 11. októbra 2023, Fyzika písmen b.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138246

Túto prácu podporil Úrad pre vedu ministerstva energetiky, program jadrovej fyziky. Jeden z výskumníkov tiež vyjadruje vďaku za pohostinnosť a finančnú podporu počas jeho pobytu na Yale University.