Pentru prima dată, cercetătorii de la Large Hadron Collider desfășoară coliziuni cu oxigen

Large Hadron Collider a început să ciocnească oxigen. Acceleratorul de particule LHC a început pentru prima dată coliziuni între ioni de oxigen, în cea mai recentă încercare de a înțelege condițiile care au existat în Universul timpuriu.

Deși este cunoscut mai ales pentru coliziunile dintre protoni, care au dus, printre altele, la descoperirea bosonului Higgs și a câmpului Higgs, responsabile pentru masa particulelor elementare precum electronii, quarcurile și bosonii forței slabe, LHC poate accelera și ciocni ioni grei: atomi sau molecule încărcate electric, prin pierderea sau câștigul de electroni.

• Trucul prin care cercetătorii au făcut pâinea mai sănătoasă și mai nutritivă
• Obiecte necunoscute ar putea orbita planeta Uranus, sugerează noi observații

Când acești ioni grei se ciocnesc, se poate forma o plasmă de quarcuri și gluoni (QGP), o stare exotică a materiei care reproduce condițiile extreme de imediat după Big Bang.

Large Hadron Collider a început să ciocnească oxigen

„Pentru câteva milionimi de secundă, imediat după Big Bang, Universul era umplut cu o ‘supă’ incredibil de fierbinte și densă, formată din particule care se deplasau aproape cu viteza luminii. Acest amestec era dominat de quarcuri, componente fundamentale ale materiei, și de gluoni, particule purtătoare ale forței nucleare tari, care în mod normal ‘lipesc’ quarcurile în protoni, neutroni și alte particule. Dar, în acele momente efemere de temperatură extremă, quarcurile și gluonii erau doar slab legați, liberi să se miște, formând ceea ce numim plasmă de quarcuri și gluoni”, explică CERN.

Pentru a recrea astfel de condiții, acceleratorul provoacă coliziuni frontale între ioni grei, precum nucleele de aur sau plumb. Fiecare astfel de coliziune eliberează o energie de ordinul trilioanelor de electronvolți, generând o „minge de foc” microscopică în care materia se „topește” într-o QGP.

Large Hadron Collider a început să ciocnească oxigen. Până acum, LHC s-a concentrat pe coliziuni între ioni grei de plumb (82 de protoni și 126 de neutroni), dar de la 1 iulie, cercetătorii au început să experimenteze și cu ioni mai ușori. În timpul acestei etape, vor ciocni ioni de oxigen între ei, apoi neon cu neon, și protoni cu nuclee de oxigen.

„Aceste sisteme de coliziune ne vor ajuta să înțelegem cum apar proprietățile plasmei de quarcuri și gluoni în funcție de mărimea sistemului. Cunoaștem destul de bine forța tare în condiții ‘reci’, adică în coliziuni proton-proton, și în condiții extreme, precum în coliziunile plumb-plumb. Însă nu știm ce se întâmplă între aceste două extreme. Sistemele mai ușoare ar putea fi cheia care le leagă”, a explicat Riccardo Longo, fizician în cadrul grupului ATLAS pentru ioni grei.

Ce vor să afle oamenii de știință?

Deși fizicienii au anumite așteptări, aceste experimente ar putea produce rezultate surprinzătoare.

„Momentan, totul este la nivel de teorie. E pentru prima dată când vom vedea efectiv ce se întâmplă; nimeni nu a mai făcut aceste măsurători până acum!”, a declarat Ivan Amos Cali, cercetător în cadrul grupului CMS Heavy Ions.

De exemplu, în coliziunile cu ioni grei și cu xenon, cercetătorii au observat fenomenul numit „jet quenching”, în care particulele de mare energie își pierd din energie în timp ce traversează plasma QGP. Acest efect nu a fost observat în coliziunile proton-plumb, unde sistemul creat era prea mic.

„Teoretic, ar trebui să vedem începutul acestui fenomen în coliziunile oxigen-oxigen. Chiar și o pierdere moderată de energie ar putea ajuta la identificarea dimensiunii minime a sistemului necesare pentru apariția jet quenching”, a spus Longo.

Large Hadron Collider a început să ciocnească oxigen. Ce urmează?

Un alt aspect urmărit este „fluxul colectiv”, adică mișcarea coordonată a particulelor care ies din plasma creată. Studiind coliziunile cu oxigen, oamenii de știință speră să înțeleagă mai bine acest comportament, dar și structura geometrică a nucleului de oxigen. În mod similar, coliziunile cu neon ar putea oferi informații despre structura acestuia, despre care se crede că este alungită, asemănătoare unui popic. Forma nucleului ar putea influența direct formarea QGP.

„Ce este cu adevărat util e faptul că experimentele cu oxigen și cele cu neon vor avea loc unul după altul. Asta înseamnă că vom obține două seturi de date extrem de valoroase, colectate în condiții identice”, a spus Qipeng Hu, coordonatorul grupului ATLAS Heavy Ion Physics.

Totuși, coliziunile cu elemente ușoare aduc și provocări tehnice noi, cum ar fi fenomenul de „poluare a fasciculului”.

„La protoni nu avem această problemă, dar în cazul oxigenului apare așa-numitul efect de transmutare. Fiecare coliziune generează particule secundare cu același raport sarcină-masă ca ionii de oxigen, ceea ce poate polua fasciculul și complica analiza. S-ar putea ca la un moment dat să fim nevoiți să evacuăm fasciculul și să injectăm unul nou, pur, dar nu știm încă în ce măsură va apărea transmutarea. Analizarea datelor ne va lămuri”, a explicat Roderik Bruce, specialist în fascicule de ioni la LHC.

Coliziunile au avut loc între 1 și 9 iulie, iar oamenii de știință încearcă să colecteze cât mai multe date, scrie IFL Science.

Vă recomandăm să citiți și:

Într-o premieră științifică, fizicienii au surprins lumina în „timpul imaginar”

Rotația Pământului accelerează în iulie și august. Cât de scurte vor fi zilele?

Paracetamol din plastic: Cercetătorii au reușit o performanță științifică remarcabilă

Cercetătorii vor să dezvolte un material de construcții autonom pentru viitoarele colonii marțiene