Cercetătorii au recreat „mini Big Bang-uri” pentru a studia începuturile Universului

Ce s-a întâmplat în primele momente după Big Bang este imposibil de observat direct, însă fizicienii încearcă să recreeze în laborator condițiile extreme în care s-ar fi aflat Universul atunci. Un experiment realizat la CERN arată acum că o formă primordială de materie, numită plasmă de quarci și gluoni, ar putea apărea și în urma ciocnirii unor nuclee atomice mai ușoare decât se credea până acum.

Plasma de quarci și gluoni este considerată una dintre primele stări ale materiei existente după nașterea Universului, în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani. Temperaturile erau atât de ridicate, iar materia era atât de densă, încât protonii și neutronii nu se puteau forma încă. Quarcii și gluonii se mișcau liber, iar pe măsură ce Universul s-a extins și s-a răcit, aceste particule s-au combinat și au format structurile din care avea să apară materia pe care o cunoaștem astăzi, scrie Popular Science.

CERN a recreat condiții asemănătoare celor din Universul timpuriu

Până acum, fizicienii considerau că pentru a produce plasmă de quarci și gluoni era nevoie de ciocniri între nuclee atomice foarte grele, precum cele de plumb. Echipe de la CERN și de la Universitatea din Copenhaga au încercat să verifice dacă această limitare este reală.

Cercetătorii au folosit acceleratorul de particule pentru a face să se ciocnească nuclee de oxigen-16 și neon-20 la viteze apropiate de cea a luminii. Coliziunile au loc într-un interval atât de scurt încât nu pot fi urmărite direct, însă particulele rezultate în urma impactului oferă informații despre ceea ce s-a întâmplat în interiorul acestuia.

Studiul, publicat în revista Physical Review Letters, sugerează că formarea unei plasme de quarci și gluoni este posibilă și atunci când sunt folosite nuclee mai ușoare. Rezultatul deschide o nouă direcție pentru cercetarea uneia dintre cele mai misterioase stări ale materiei.

Particulele rezultate funcționează ca o „umbră” a nucleului

Una dintre dificultățile experimentului este că fizicienii nu pot vedea efectiv nucleele în momentul ciocnirii. În schimb, pot analiza modul în care se comportă particulele produse imediat după impact și pot folosi aceste informații pentru a reconstrui forma nucleelor care s-au ciocnit.

You Zou, unul dintre autorii studiului, explică fenomenul printr-o comparație cu lumina și umbra. Dacă luminezi un obiect, nu trebuie neapărat să îl vezi direct pentru a-i înțelege forma, deoarece umbra pe care o proiectează îți poate oferi informații importante despre el. În experiment, traiectoriile particulelor rezultate joacă un rol asemănător.

Vezi și:

CERN a recreat un „mini Big Bang” cu oxigen și neon. Experimentul arată cum arăta materia imediat după nașterea Universului

Diferențele dintre nuclee au devenit astfel vizibile în tiparele formate după coliziuni. Două nuclee de oxigen produc un model mai rotunjit, în timp ce ciocnirea nucleelor de neon generează o distribuție a particulelor care seamănă mai degrabă cu forma unui popic de bowling.

Aceste diferențe îi ajută pe fizicieni să înțeleagă mai bine structura nucleelor și modul în care aceasta influențează interacțiunea dintre particule. În același timp, rezultatele oferă indicii despre condițiile necesare pentru apariția plasmei de quarci și gluoni.

Următorul pas, nuclee și mai ușoare

Faptul că experimentul a demonstrat posibilitatea producerii acestei stări de materie folosind elemente mai ușoare nu înseamnă că oxigenul sau neonul au fost ingredientele din Universul timpuriu. Experimentul este o simulare realizată în condiții controlate, nu o reproducere exactă a compoziției Universului de la începuturile sale.

Totuși, cercetătorii au acum un indiciu important despre cât de mici pot fi sistemele capabile să producă o plasmă de quarci și gluoni. Următoarele experimente ar putea folosi nuclee și mai ușoare, printre candidații luați în calcul aflându-se heliul-4.

Cercetarea are astfel o dublă miză. Pe de o parte, fizicienii pot studia mai atent structura nucleelor atomice și forța nucleară puternică, una dintre interacțiunile fundamentale ale naturii. Pe de altă parte, aceleași experimente le permit să recreeze, la o scară minusculă și pentru o perioadă extrem de scurtă, condiții care seamănă cu cele existente imediat după Big Bang.

Este o legătură mai strânsă decât pare la prima vedere. Pentru a afla cum s-a comportat materia în primele clipe ale Universului, cercetătorii trebuie să înțeleagă foarte bine și modul în care sunt construite nucleele atomice. Iar pentru a afla mai multe despre aceste nuclee, pot folosi tocmai coliziunile extreme care imită unele dintre condițiile Universului foarte tânăr.

De ce unele cabluri USB-C nu funcționează cu PC-ul tău, deși se potrivesc perfect în port