U revolucionarnom eksperimentu provedenom u Velikom hadronskom sudaraču, znanstvenici su po prvi put otkrili par top kvarkova u sudaru dvaju olovnih jezgri. Ova rijetka pojava mogla bi pružiti ključan uvid u nastanak svemira, odnosno u stanje tvari koje je postojalo neposredno nakon Velikog praska.
U eksperimentu koji otvara novo poglavlje u suvremenoj fizici, znanstvenici iz CERN-ove ATLAS kolaboracije prvi su put otkrili par najmasivnijih poznatih čestica – top kvarkova – nastalih u sudaru dviju olovnih jezgri. Ovo otkriće pruža vrijedan uvid u ekstremne uvjete koji su vladali neposredno nakon Velikog praska, u samim počecima nastanka svemira kakvog danas poznajemo.
Ova jedinstvena pojava zabilježena je u eksperimentima provedenima unutar Velikog hadronskog sudarača (LHC), gdje znanstvenici sudaraju teške atomske jezgre pri gotovo svjetlosnoj brzini kako bi proizveli ekstremne uvjete nalik onima iz najranijih faza svemira. Rezultat? Privremeno stvaranje kvark-gluonske plazme – izuzetno vrućeg i gustog stanja tvari koje je, prema teorijama, ispunjavalo svemir u prvim milijuntinkama sekunde nakon Velikog praska.
Prvi izravni dokaz da su svih šest kvarkova postojali odmah nakon Velikog praska
Kvarkovi su temeljne čestice koje čine protone i neutrone, a dijele se na šest vrsta, poznatih i kao “okusi”: gornji, donji, strani, čarobni, ljepote i istine. Top kvark, poznat i kao kvark istine, najteži je među njima te zbog svoje goleme mase ima iznimno kratak životni vijek – svega 10⁻²⁵ sekundi. Upravo ta kratkotrajnost čini ga izrazito teškim za detekciju, ali i izuzetno vrijednim za istraživanje: jer se raspada prije nego što započne stvaranje stabilne tvari, njegova pojava pruža jedinstven uvid u najranije, još neuređeno stanje svemirske materije.
U ovom slučaju, znanstvenici nisu detektirali top kvarkove izravno, već kroz čestice u koje se oni raspadaju. Naime, top kvark se raspada u donji kvark i W bozon, a ovaj potom u neutrino te elektron ili mion. Korištenjem tzv. dileptonskog kanala raspada, tim iz ATLAS kolaboracije je uspio precizno rekonstruirati postojanje para top kvarkova na temelju ovih produkata.
Statistička značajnost otkrića iznosi 5,03 sigma, što je znatno iznad praga koji fizičari zahtijevaju da bi otkriće smatrali čvrsto potvrđenim. To znači da je vjerojatnost da se radi o slučajnoj fluktuaciji praktički zanemariva.
Zanimljivo je da je do sada proizvodnja para top kvarkova bila potvrđena samo u sudaru protona i olovne jezgre. Ovo je prvi put da je ista pojava zabilježena u sudaru dvaju teških jezgri, što otvara potpuno novu razinu razumijevanja ranih faza svemira.
Kvark-gluonska plazma: pogled u prve trenutke svemira
Kvark-gluonska plazma je stanje tvari koje nastaje pri izuzetno visokim temperaturama i gustoćama, u kojem kvarkovi i gluoni – koji inače tvore protone i neutrone – postaju slobodni i međusobno djeluju u kaotičnom “moru” čestica. Vjeruje se da je cijeli svemir bio ispunjen upravo ovom vrstom tvari u prvim mikrosekundama nakon Velikog praska.
No, to stanje traje izuzetno kratko – tek oko 10⁻²³ sekunde – nakon čega kvarkovi ponovo počinju stvarati stabilnije čestice. Zbog tog ograničenog prozora, proučavanje kvark-gluonske plazme moguće je samo u laboratorijima poput LHC-a, gdje se teški ioni sudaraju pod strogo kontroliranim uvjetima.
Otkriće para top kvarkova u tim uvjetima nije samo potvrda postojanja svih šest kvarkova u tom ranom stadiju, već i iznimno koristan alat. Budući da se top kvark raspada prije nego što započne proces hadronizacije, omogućuje fizičarima da prouče čistu kvark-gluonsku plazmu, netaknutu kasnijim procesima stvaranja obične tvari.
Autori istraživanja navode da “ovo otkriće potvrđuje prisutnost svih kvarkova u fazi prije uspostave ravnoteže u kvark-gluonskoj plazmi, u uvjetima sličnim onima koji su vladali u ranim fazama svemira.” Dodaju i kako bi ovo moglo otvoriti vrata budućim istraživanjima koja bi mogla povezati fiziku čestica s kozmologijom – područje koje nastoji objasniti kako su temeljne čestice dovele do stvaranja zvijezda, galaksija i samog svemira.
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
