ALICE eksperiment u LHC‑u pružio je najjasniji dosadašnji uvid u kvark-gluonsku plazmu — stanje materije neposredno posle Velikog praska. Tim je otkrio isti obrazac anizotropnog toka čestica u heavy‑ion, proton-proton i proton‑olovo sudarima, što sugeriše da se plazma može formirati i u manjim sudarnim sistemima. Rezultati podržavaju modele sa koalescencijom kvarkova, ali ostaju nesuglasice koje bi trebale razjasniti podaci iz sudara kiseonika planiranih za 2025. godinu.
LHC Otkriva Najjasniji Pogled Do Sada Na Kvark-Gluonsku Plazmu — I U Manjim Sudarima
An image of the ALICE detector taken during LHC upgrades in 2019. | Credit: Robert Lea
Najmoćniji sudarač čestica na svetu, Veliki hadronski sudarač (LHC) u CERN‑u, dao je naučnicima najjasniji uvid do sada u kvark-gluonsku plazmu — gustu, vruću materiju koja je ispunjavala svemir u prvim trenucima posle Velikog praska. Eksperiment ALICE (A Large Ion Collider Experiment) uspešno je ponovo stvorio uslove slične onima u ranom univerzumu sudarajući teška atomska jezgra pri energijama bliskim brzini svetlosti.
Pozadina: U prve deliće sekunde nakon Velikog praska, svemir je bio u stanju kvark-gluonske plazme, gde su kvarkovi i gluoni postojali slobodno, nevezani u protonska i neutronska jezgra. U LHC‑u se takve uslove rekreiraju sudarima teških jezgara (najčešće olova), ali i u sudarima proton-proton i proton-olovo, kako bi se proučila evolucija ove pradobe.
Nova otkrića: Tim ALICE je u podacima identifikovao ponovljivi obrazac anizotropnog toka čestica prisutan ne samo u teškim olovnim sudarima, već i u nekim proton-proton i proton-olovo sudarima sa velikim brojem nastalih čestica (high‑multiplicity događaji). Anizotropni tok znači da čestice napuštaju region sudara u preferiranom pravcu umesto ravnomerne emisije.
Značajno je da se pri srednjim vrednostima momentuma pokazala razlika u toku između bariona i mezona: barioni (sastavljeni od tri kvarka) pokazuju jači anizotropni tok od mezona (dva kvarka). To ukazuje da proces koalescencije — spajanje kvarkova u veće čestice tokom širenja sistema — igra važnu ulogu čak i u manjim sistemima sudara.
(Right) A proton–proton collision at the LHC in which many particles were created and tracked by the ALICE detector. (Left) Illustration of the anisotropic flow of mesons and baryons that ALICE has studied using data from such collisions, with the large arrows representing the preferred directions. | Credit: CERN/ALICE Collaboration
ALICE tim je precizno izmerio anizotropni tok za različite vrste mezona i bariona u proton-proton i proton-olovo sudarima, i pronašao obrazac koji odgovara modelima sa uključenom koalescencijom kvarkova. Modeli koji ne uzimaju u obzir ovaj mehanizam nisu uspeli da reprodukuju posmatrani obrazac.
“Ovo je prvi put da smo, za širok interval impulsa i za više vrsta čestica, uočili ovaj obrazac toka u podskupu sudara protona u kojima je proizveden izuzetno veliki broj čestica,” rekao je David Dobrigkeit Chinellato, fizički koordinator eksperimenta ALICE. “Naši rezultati podržavaju hipotezu da sistem kvarkova u ekspanziji postoji čak i kada je veličina sistema sudara mala.”
Ipak, istraživači napominju da čak ni najbolji tekući modeli u potpunosti ne objašnjavaju sve aspekte posmatranog toka — postoje preostala neslaganja koja zahtevaju dalja merenja. Tim očekuje da podaci iz sudara kiseonika, planiranih i zabeleženih 2025. godine, koji popunjavaju prazninu između protonskih i olovnih sudara, pruže ključne informacije za razjašnjenje ovih neslaganja.
Zašto je to važno: Ovi rezultati pomeraju granice razumevanja uslova neposredno posle Velikog praska i pokazuju da kolektivni efekti kvark-gluonske plazme mogu nastati i u manjim sistemima nego što se ranije mislilo. Preciznije modele i dodatna merenja očekuju se u narednim godinama kako bi se došlo bliže potpunom opisu evolucije ove pradobe.
Rad o ovim rezultatima objavljen je 20. marta u časopisu Nature Communications.
Pomozite nam da budemo bolji.
