Cercetătorii de la CERN, cu ajutorul celui mai puternic accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC), au oferit o perspectivă fără precedent asupra condițiilor care au existat imediat după Big Bang. Studiul, publicat recent în revista Nature Communications, a dezvăluit detalii despre plasma de quarcuri și gluoni, materia primordială care umplea Universul în primele fracțiuni de secundă de la nașterea sa.
Recrearea condițiilor primordiale
Pentru a investiga aceste condiții extreme, cercetătorii au recreat, la acceleratorul circular de 27 km lungime de sub Alpi, o „supă” extrem de fierbinte și densă de particule fundamentale. Experimentul, numit ALICE, a presupus ciocnirea nucleelor atomice de fier la viteze apropiate de cea a luminii. Echipa ALICE a obținut informații noi despre această materie primordială observând un tipar comun în coliziunile dintre protoni, dintre protoni și nuclee de plumb, dar și dintre nuclee de plumb.
Acest tipar sugerează că plasma de quarcuri și gluoni ar putea apărea și în coliziuni mai mici decât se credea anterior. Inițial, oamenii de știință considerau că doar coliziunile foarte mari pot produce această stare exotică, dar indiciile recente arată contrariul. Un semn distinctiv al formării plasmei este faptul că particulele rezultate nu sunt emise uniform, ci preferențial într-o anumită direcție, fenomen numit „flux anizotrop”.
Fluxul anizotrop și rolul quarcurilor
La viteze intermediare, fluxul anizotrop depinde de numărul de quarcuri din particule: barionii (cu trei quarcuri) prezintă un flux mai puternic decât mezonii (cu două quarcuri). Această diferență este legată de modul în care quarcurile se combină pentru a forma particule mai mari. Având mai multe quarcuri, barionii „preiau” un flux mai intens. În noul studiu, cercetătorii au măsurat acest efect pentru particulele rezultate din coliziuni proton-proton și proton-plumb și au confirmat că același tipar apare și în aceste sisteme mai mici.
„Este pentru prima dată când observăm acest tipar de flux, pe un interval larg de impuls și pentru mai multe tipuri de particule, în coliziuni protonice cu un număr neobișnuit de mare de particule produse. Rezultatele susțin ideea că un sistem de quarcuri aflat în expansiune există chiar și atunci când dimensiunea coliziunii este mică”, a declarat David Dobrigkeit Chinellato, unul dintre autorii studiului. Comparând datele cu modele teoretice, echipa a constatat că cele care includ procesul de „coalescență” a quarcurilor (formarea particulelor din quarcuri libere) reproduc bine observațiile. Modelele care nu includ acest mecanism nu reușesc să explice rezultatele.
Următoarele etape ale cercetării
Pentru a clarifica discrepanțele existente, cercetătorii plănuiesc noi experimente, inclusiv o serie de coliziuni cu oxigen care au fost realizate în 2025. Aceste experimente ar putea face legătura dintre coliziunile mici și cele mari. „Ne așteptăm ca aceste coliziuni să ofere indicii noi despre natura și evoluția plasmei de quarcuri și gluoni”, a declarat Kai Schweda, cercetător în cadrul proiectului. Rezultatele acestui studiu reprezintă un pas important în înțelegerea condițiilor extreme care au existat în primele momente ale Universului.
