Cercetătorii de la CERN, cu ajutorul celui mai puternic accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC), au făcut lumină asupra condițiilor existente imediat după Big Bang, dezvăluind informații noi despre „supa” primordială care a umplut Universul. Experimentul, numit ALICE, a recreat aceste condiții prin ciocnirea nucleelor atomice de fier la viteze apropiate de cea a luminii, oferind o perspectivă fără precedent asupra plasmei de quarcuri și gluoni. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Communications.

Condițiile extreme ale universului timpuriu

În primele fracțiuni de secundă de după Big Bang, Universul era un mediu extrem de fierbinte și dens, plin de particule fundamentale. Echipa ALICE a recreat această stare, observând un tipar distinctiv în coliziunile dintre protoni, dintre protoni și nuclee de plumb, precum și dintre nucleele de plumb. Acest tipar sugerează că plasma de quarcuri și gluoni, o stare exotică a materiei, ar putea apărea chiar și în coliziuni mai puțin intense decât se credea anterior. Inițial, oamenii de știință considerau că doar coliziunile foarte mari pot genera această stare, însă noile rezultate arată contrariul.

Un semn distinctiv al formării plasmei este emisia non-uniformă a particulelor rezultate, un fenomen denumit „flux anizotrop”. La viteze intermediare, acest flux depinde de numărul de quarcuri din particule. Barionii, cu trei quarcuri, prezintă un flux mai puternic decât mezonii, cu două quarcuri. Cercetătorii au măsurat acest efect pentru particulele rezultate din coliziuni proton-proton și proton-plumb, confirmând că același tipar apare și în aceste sisteme mai mici.

Noi perspective asupra materiei primordiale

David Dobrigkeit Chinellato, unul dintre cercetători, a declarat: „Este pentru prima dată când observăm acest tipar de flux, pe un interval larg de impuls și pentru mai multe tipuri de particule, în coliziuni protonice cu un număr neobișnuit de mare de particule produse. Rezultatele susțin ideea că un sistem de quarcuri aflat în expansiune există chiar și atunci când dimensiunea coliziunii este mică”.

Analiza datelor a arătat că modelele teoretice care includ procesul de „coalescență” a quarcurilor (formarea particulelor din quarcuri libere) reproduc cel mai bine observațiile. Modelele care nu includ acest mecanism nu reușesc să explice rezultatele obținute. Cercetătorii speră să obțină mai multe clarificări prin experimente viitoare, inclusiv o serie de coliziuni cu oxigen programate pentru 2025, care ar putea face legătura între coliziunile mici și cele mari. Kai Schweda a afirmat: „Ne așteptăm ca aceste coliziuni să ofere indicii noi despre natura și evoluția plasmei de quarcuri și gluoni”.

Următoarele etape ale cercetării

Studiul a scos la iveală date importante despre condițiile din primele momente ale Universului. Cercetătorii vor continua să analizeze datele obținute în urma coliziunilor nucleare realizate la LHC pentru a înțelege mai bine evoluția universului. O serie de coliziuni cu oxigen sunt programate pentru anul următor, în efortul de a clarifica aspectele rămase neelucidate.