Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ GORZYM
SYGNAŁY - BLIŻEJ POCZĄTKU WSZECHŚWIATA
Wiedza i Życie nr 4/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 4/2000

Fizykom udało się wytworzyć materię, jaka istniała zaledwie 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu.

Na początku był Wielki Wybuch, który myśl teorii zwanej Modelem Standardowym - około 13-15 mld lat temu zainicjował wszystko, co do tej pory dzieje się od narodzin Wszechświata. W tej fazie ewolucji, zwanej przez fizyków osobliwością, powstała materia była niewyobrażalnie gorąca i gęsta. Wszechświat zaczął się rozszerzać i szybko stygnąć. Mnie więcej 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu cały kosmos składał się z kwarków i gluonów najbardziej fundamentalnych spośród znanych dziś cząstek elementarnych. Z nich właśnie - w miarę stygnięcia Wszechświata powstały potem protony, neutrony i elektrony, z których z kolei zaczęły się tworzyć jądra atomowe, atomy - a potem cząsteczki chemiczne i ich przeróżne związki. Innymi słowy cała dzisiejsza materia.

10 lutego br. prof. Luciano Maiani, dyrektor generalny Europejskiego Laboratorium Fizyki Cząstek (CERN) w Genewie, poinformował na specjalnym seminarium, że uczonym z tamtejszego ośrodka udało się wytworzyć plazmę kwarkowo-gluonową, a więc materię w stanie istniejącym zaledwie 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu. W ten sposób po raz pierwszy potwierdzono doświadczalnie przewidywania fizyków-teoretyków. Zdaniem prof. Maianiego, jest to ważny krok ku zrozumieniu wczesnej fazy ewolucji Wszechświata. Mamy bowiem dowody, że może istnieć nowy stan materii, w którym kwarki i gluony występują jako niezwiązane cząstki elementarne. Przed fizykami otwiera się zatem nowe pole badań właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej.

Dowód na istnienie plazmy kwarkowo-gluonowej uzyskano w sposób pośredni. Program badawczy polegał na zderzaniu ciężkich jonów. Chodziło o to, by w takich kolizjach uzyskać jak największą energię, która byłaby w stanie rozerwać siły wiążące kwarki w bardziej złożonych cząstkach elementarnych. W tym celu jądra ołowiu rozpędzano w akceleratorze SPS (Super Proton Synchrotron) do energii 33 TeV i zderzano je ze sobą (a także z jądrami złota) wewnątrz siedmiu specjalnie przygotowanych detektorów.

W zderzeniach tych, jak pokazały zebrane dane, uzyskano stan materii o temperaturze ponad 100 tys. razy wyższej niż panująca w centrum Słońca i gęstości dwudziestokrotnie większej niż zwykła materia jądrowa. Materii tak gorącej i tak gęstej nigdy do tej pory nie uzyskano w laboratorium. Szczegółowa analiza innych jej parametrów, zarejestrowanych we wszystkich detektorach, i porównanie ich z przewidywaniami teoretyków pozwala uczonym sądzić, że mieli do czynienia z plazmą kwarkowo-gluonową pierwotną "zupą", w której kwarki i gluony "pływały" sobie swobodnie.

Całe to przedsięwzięcie, zainicjowane 6 lat temu, jest nie tylko sukcesem naukowym, lecz także organizacyjnym. W program zaangażowani byli fizycy z ponad 20 krajów, także z Polski. Zaprojektowano wiele urządzeń i eksperymentów wymagających współpracy różnych zespołów badawczych. Z uzyskiwanych wyników mozolnie tworzono, jak w układance o nieznanej liczbie elementów, obraz nowej materii. Żaden pojedynczy eksperyment nie pozwoliłby uzyskać nawet jego zarysu, ale wszystkie razem dały spodziewany rezultat.

Co dalej? Teraz fizycy skoncentrują się na badaniu plazmy kwarkowo-gluonowej i sporządzeniu jej szczegółowej charakterystyki. W Brookhaven National Laboratory, w USA, przygotowywane są nowe eksperymenty z ciężkimi jonami, w których fizycy spodziewają się uzyskać - ze względu na znacznie większą energię zderzeń - taką plazmę i utrzymać ją dłużej w większej przestrzeni . Za 5 lat, gdy w CERN będzie już działał nowy akcelerator LHC , planowany jest m.in. eksperyment ALICE, w którym będą badane zderzenia ciężkich jonów. Być może fizykom uda się przybliżyć jeszcze bardziej do narodzin Wszechświata?