Un grup de cercetători, din care face parte și autoarea acestui articol, a descoperit o nouă formă de materie „stranie” în cadrul unui experiment efectuat la acceleratorul J-PARC, în Japonia. Această descoperire ne va ajuta să înțelegem originea masei imediat după Big Bang, dar și inima stelelor de neutroni.
Materia normală este formată din atomi, ce conțin un nucleu, în care se află protoni și neutroni și în jurul căruia orbitează electroni. În nucleele atomilor, protonii și neutronii se leagă prin interacțiunea nucleară puternică, iar în fiecare neutron și proton se găsesc trei quarcuri de tipul up și down, quarci care aparțin așa-numitei prime familii de particule din cadrul Modelului Standard al fizicii particulelor elementare.
CITIȚI ȘI: Universul: Rețetă și ingrediente
În Modelul Standard însă se găsesc alte două familii de particule, deci și de quarcuri. Printre acești quarcuri, cei numiți „stranii” ar putea juca un rol important în studiul și înțelegerea evoluției Universului și a materiei în condiții deosebite de densitate, precum cea din interiorul unei stele de neutroni.
CITIȚI ȘI: Exotica particulă Xi, o nouă descoperire făcută la acceleratorul de la Geneva
Într-o astfel de stea, densitatea este atât de mare încât într-un degetar ar intra întreaga populație a globului! Cum arată materia în aceste condiții extreme? Pe lângă neutroni, s-ar putea găsi alte tipuri de materie? O posibilitate ar fi materie cu quarcuri stranii – care, conform anumitor teorii, ar putea să fie mai stabilă la densități enorme.
Recent, în cadrul unui experiment efectuat de colaborarea internațională E15, din care face parte și un grup condus de autoarea articolului de față, a fost descoperită o nouă formă de materie care conține quarcuri stranii și are o energie de legătură mai mare decât materia nucleară normală.
CITIȚI ȘI: Cercetătoarea Cătălina Curceanu, laureată a Premiului Societății Americane de Fizică
Experimentul a fost efectuat la acceleratorul J-PARC în Japonia, unde un fascicul intens de kaoni a interacționat cu o țintă de heliu 3. Kaonii fac parte din categoria mezonilor – adică particule formate dintr-un quarc și un antiquarc. Kaonii cu sarcină electrică negativă, precum cei utilizați de către E15, sunt alcătuiți dintr-un quarc straniu și un anti-quarc up. Heliul 3 este un izotop al heliului care conține în nucleu doi protoni și un neutron.
În urma interacțiunii kaonilor cu nucleele de heliu 3 a fost observată formarea unui sistem legat al kaonului cu doi protoni, cu o energie de legătură mult mai mare decât cea nucleară „normală”. Dacă într-un nucleu normal energia de legătură a unui nucleon este de câțiva MeV (MeV înseamnă un milion de eV, eV fiind energia căpătată de un electron accelerat într-o diferență de potențial de 1V), în noua formă de materie stranie observată, energia de legătură pe nucleon este de circa 25 de MeV, ceea ce ar putea duce la formarea unei materii nucleare mai dense decât cea normală – un fel de prototip de laborator al unei stele de neutroni. Rezultatul acestui experiment a fost publicat în revista Physics Letters B.
CITIȚI ȘI: Masa limită a stelelor de neutroni și inima lor stranie
Acest rezultat este extrem de util și pentru a înțelege cum a luat naștere masa particulelor după Big Bang, în mod specific masa nucleonilor și a nucleelor ușoare care s-au format atunci.
Aparatul E15 este complex și conține o serie de detectoare ce măsoară particule precum pioni, protoni sau neutroni. Aceste detectoare, pe lângă utilizarea lor în experimente de fizică nucleară, ca E15, sunt utilizate și în medicină sau industrie.
În viitorul apropiat, colaborarea E15 intenționează să perfecționeze aparatul de măsură cu un nou detector de neutroni și mai performant, și să studieze procesele de interacțiune a kaonilor nu doar cu heliul 3 ci și cu alt tip de ținte nucleare, pentru a confirma rezultatul acestei măsurători și a studia cum evoluează energia de legătură în funcție de numărul de nucleoni.
