Ενδείξεις στο CERN για την πιθανή δημιουργία μιας νέας μορφής ύλης

Οι συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων και ιόντων μολύβδου στον επιταχυντή του CERN έχουν δώσει δείγματα μιας ασυνήθιστης συμπεριφοράς εκ μέρους ορισμένων σωματιδίων που παράγονται. Οι νέες αυτές παρατηρήσεις, σύμφωνα με μερικούς επιστήμονες, αποτελούν ενδείξεις για τη δημιουργία, κατά τις συγκρούσεις, μιας νέας μορφής ύλης, η οποία πιθανώς συνίσταται σε ένα κύμα γκλουονίων που μοιάζει με υγρό. Οι ενδείξεις εντοπίστηκαν από τους ερευνητές του ανιχνευτή Compact Muon Solenoid (CMS) του CERN σε ένα δείγμα περίπου 2 εκατ. συγκρούσεων πρωτονίων-μολύβδου, όπου παρατηρήθηκαν να δημιουργούνται μερικά ζεύγη σωματιδίων, τα οποία περιέργως εκτοξεύτηκαν μακριά με τρόπο που υποδήλωνε μια αλληλοσυσχέτιση ανάμεσα στις κατευθύνσεις τους.

«Με κάποιον τρόπο, κινήθηκαν μετά τη σύγκρουση προς την ίδια κατεύθυνση, μολονότι δεν είναι ακόμα σαφές πώς μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Αυτό εξέπληξε πολλούς επιστήμονες, μεταξύ των οποίων εμάς», δήλωσε ο καθηγητής φυσικής Γκούντερ Ρόλαντ του πανεπιστημίου ΜΙΤ των ΗΠΑ, ο οποίος ήταν υπεύθυνος για την ανάλυση των δεδομένων που προέκυψαν από τις συγκρούσεις των υποατομικών σωματιδίων.

Κάτι ανάλογο είχε παρατηρηθεί από την ίδια ερευνητική ομάδα σε συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων προ διετίας περίπου, καθώς και μετά τη σύγκρουση ιόντων βαρέων μετάλλων όπως μολύβδου, χρυσού και χαλκού μεταξύ τους.

Αυτές οι συγκρούσεις βαρέων ιόντων π.χ. μολύβδου-μολύβδου (αλλά όχι μεταξύ πρωτονίων-μολύβδου) είναι γνωστό ότι παράγουν ένα κύμα πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων, δηλαδή την «καυτή σούπα» που υπήρχε στο σύμπαν κατά τα πρώτα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά την «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ-Μπανγκ). Αυτό το κύμα πλάσματος φαίνεται να ωθεί ορισμένα σωματίδια προς την ίδια κατεύθυνση.

Από την άλλη, μερικοί θεωρητικοί φυσικοί έχουν υποστηρίξει ότι οι συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων μπορεί να παράγουν ένα κύμα γκλουονίων σαν υγρό, που αποτελεί μια νέα μορφή ύλης (γνωστή ως «color-glass condensate»). Είναι αυτή ακριβώς η -θεωρητική έως τώρα- ύλη που πιθανώς παρατηρήθηκε μετά τις συγκρούσεις πρωτονίων-ιόντων μολύβδου στο CERN. Πιστεύεται ότι τα σωματίδια αυτής της ύλης αλληλοεπηρεάζονται εξ αποστάσεως μέσω του μυστηριώδους φαινομένου της «κβαντικής εμπλοκής».

Από τον Ιανουάριο του 2013, οι ερευνητές του ανιχνευτή CMS σχεδιάζουν να κάνουν επί εβδομάδες μια σειρά νέων συγκρούσεων πρωτονίων-μολύβδου για να επιβεβαιώσουν αν όντως παράγεται αυτή η παράξενη υγρή μορφή ύλης στον επιταχυντή. Τα γκλουόνια είναι σωματίδια μηδενικής μάζας που ανταλλάσσονται μεταξύ των κουάρκ και είναι οι φορείς της δύναμης ισχυρής αλληλεπίδρασης, η οποία συγκρατεί τα υποατομικά σωματίδια μέσα στον πυρήνα. Τα πρωτόνια αποτελούν ένα από τα θεμελιώδη συστατικά των ατόμων, ενώ τα ιόντα μολύβδου είναι άτομα μολύβδου με 82 πρωτόνια το καθένα (χωρίς τα ηλεκτρόνιά τους).

Η σχετική επιστημονική δημοσίευση θα γίνει στο περιοδικό φυσικής «Physical Review B», ενώ έγινε ήδη η σχετική προδημοσίευση στο «arXiv».