Csodálatos betekintés az anyag eredetébe a korai univerzumban

Egy művész rajza két nehéz atom ütközéséből származó részecskék permetéről. Ahogy a forró szubatomi leves lehűl, az újonnan képződött részecskék az űrbe esnek. Copyright: Joseph Domenicus Lapp, szerkesztő

A tudósok részecskegyorsítókban újrateremtették a korai univerzum extrém körülményeit, meglepő betekintést tárva az anyag kialakulásába.

Az új számítások azt mutatják, hogy egyes részecskék akár 70%-a későbbi reakciókból származhat, nem pedig a reakció után közvetlenül keletkezett kezdeti kvark-gluon levesből. ŐsrobbanásEz a felfedezés megkérdőjelezi az anyagképződés idővonalával kapcsolatos korábbi feltételezéseket, és azt sugallja, hogy a minket körülvevő anyag nagy része a vártnál később alakult ki. E folyamatok megértésével a tudósok jobban értelmezhetik az ütközési kísérletek eredményeit, és bővíthetik ismereteiket az univerzum eredetéről.

A korai univerzumban uralkodó zord körülmények újrateremtése

A korai univerzum hőmérséklete 250 000-szer magasabb volt, mint a napmag hőmérséklete. Ez sokkal magasabb, mint a protonok és neutronok, amelyek a mindennapi életünkben látható anyagot alkotják. A tudósok a részecskegyorsítókban próbálják újrateremteni a korai univerzumban uralkodó viszonyokat az atomok fénysebességet megközelítő sebességgel történő összetörésével. Az univerzumra eső részecskék mennyiségének mérése lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megértsék, hogyan keletkezik az anyag.

A tudósok által mért részecskék különböző módokon keletkezhetnek: a kvarkok és gluonok eredeti leveséből vagy későbbi kölcsönhatásokból. Ezek a későbbi kölcsönhatások 0,000001 másodperccel az Ősrobbanás után kezdődtek, amikor a kvarkokból álló kompozit részecskék kölcsönhatásba léptek egymással. Egy új számítás szerint a mért részecskék némelyikének akár 70%-a ezekből a későbbi kölcsönhatásokból származik, nem pedig a korai univerzumban előforduló kölcsönhatásokhoz hasonló kölcsönhatásokból.

Az anyag eredetének megértése

Ez a felfedezés javítja az anyag eredetének tudományos megértését. Segít meghatározni, hogy a minket körülvevő anyag mekkora része keletkezett az Ősrobbanás utáni másodperc első néhány töredékében, összehasonlítva azzal az anyagmennyiséggel, amely az univerzum tágulásakor keletkezett későbbi kölcsönhatásokból. Ez az eredmény azt jelzi, hogy a minket körülvevő anyagok nagy része a vártnál később keletkezett.

Az ütközési kísérletek eredményeinek megértéséhez a tudósoknak ki kell zárniuk a későbbi kölcsönhatások során keletkező részecskéket. Csak azok, amelyek a szubatomi levesben keletkeztek, árulják el a világegyetem korai viszonyait. Ez az új számítás azt mutatja, hogy a reakciókban képződő részecskék mért száma jóval magasabb a vártnál.

A későbbi reakciók jelentősége a részecskeképzésben

Az 1990-es években a fizikusok rájöttek, hogy egyes részecskék nagy számban jönnek létre az univerzum kezdeti kialakulása utáni kölcsönhatásokból. A D-mezonoknak nevezett részecskék kölcsönhatásba lépve egy ritka részecskét, a karmóniumot képezhetnek. A tudósok nem értenek egyet abban, hogy mennyire fontos ez a hatás. Mivel a karmónium ritka, nehéz mérni.

A legújabb kísérletek azonban adatokat szolgáltatnak a karmónium és a D mezonok által okozott ütközések számáról. Yale Egyetem A Duke University az új adatok alapján számította ki ennek a hatásnak az erősségét. Jelentősége a vártnál sokkal nagyobbnak bizonyult. A mért karmónium több mint 70%-a reakciókban képződhet.

Következmények az anyag eredetének megértéséhez

Ahogy a szubatomi részecskékből álló forró leves lehűl, tűzgolyóvá tágul. Mindez a fény áthaladásához szükséges időnek kevesebb mint egy százada alatt történik kukoricaMivel olyan gyors, a tudósok nem teljesen biztosak abban, hogy a tűzgolyó hogyan terjedt ki.

Az új számítások azt mutatják, hogy a tudósoknak nem feltétlenül kell ismerniük ennek a bővítésnek a részleteit. Az ütközések azonban nagy mennyiségű karmóniumot termelnek. Az új eredmény egy lépéssel közelebb viszi a tudósokat az anyag eredetének megértéséhez.

Hivatkozás: Josef Dominicus Lapp és Bernt Müller „J/ψ Hadron regenerációja Pb+Pb ütközésekben”, 2023. október 11. Betűfizika b.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138246

Ezt a munkát az Energiaügyi Minisztérium Tudományos Hivatalának Nukleáris Fizikai Programja támogatta. Az egyik kutató köszönetét fejezi ki a vendéglátásért és a Yale Egyetemen való tartózkodása alatt nyújtott anyagi támogatásért.