Ołów zbliżył nas do Wielkiego Wybuchu?
Zespół fizyków z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie pod kierownictwem mgr inż. Patrycji Potępy dokonał odkrycia, które może zmienić nasze rozumienie początków Wszechświata. Badaczom udało się zaobserwować ślady obecności kwarków szczytowych w sposób, jakiego wcześniej nikt nie osiągnął.
Wyniki ich innowacyjnych prac, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Physical Review Letters” potwierdzają, że w wyniku zderzenia ciężkich jąder atomowych – w tym przypadku ołowiu – powstały cząstki elementarne, które istniały zaledwie ułamki sekund po Wielkim Wybuchu.
Kwarki szczytowe, zwane również kwarkami top, należą do najcięższych cząstek w modelu standardowym – podstawowej teorii opisującej budowę materii. Ich masa jest tak duża, że cząstki te rozpadają się niemal natychmiast po powstaniu – w czasie krótszym, niż światło potrzebuje, by przebyć średnicę pojedynczego atomu wodoru. To sprawia, że ich obserwacja jest niezwykle trudna. Zamiast rejestrować same kwarki, fizycy badają więc produkty ich rozpadu, analizując skomplikowane dane z zarejestrowanych zderzeń. Aby odtworzyć warunki panujące tuż po Wielkim Wybuchu, naukowcy wykorzystują potężne akceleratory cząstek, takie jak Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w Szwajcarii.
To właśnie tam krakowscy specjaliści przeprowadzili swoje badania, zderzając jony ołowiu z prędkościami bliskimi prędkości światła. Zderzenia te pozwalają na chwilowe odtworzenie stanu materii sprzed miliardów lat – tzw. plazmy kwarkowo-gluonowej, czyli niezwykle gęstej i gorącej substancji, z której wyłoniły się pierwsze cząstki budujące materię. Obserwacja kwarków szczytowych w takich warunkach to ogromne osiągnięcie, ponieważ dotąd ich istnienie potwierdzano wyłącznie w zderzeniach protonów lub antyprotonów.
Krakowscy naukowcy jako pierwsi na świecie udowodnili, że w wyniku zderzeń ołów-ołów rzeczywiście powstają kwarki szczytowe, a produkty ich rozpadu można zarejestrować i jednoznacznie zidentyfikować. Analiza wykazała 22 przypadki, które nie mogły być dziełem przypadku, a uzyskane wyniki w pełni potwierdzają przewidywania modelu standardowego. Odkrycie to ma ogromne znaczenie naukowe, ponieważ otwiera nowe możliwości badania plazmy kwarkowo-gluonowej – jednego z najtrudniejszych do zrozumienia stanów materii we Wszechświecie.
Dzięki obserwacjom zespołu mgr inż. Patrycji Potępy fizycy mogą teraz dokładniej analizować, jak ta plazma powstaje, jak się ochładza i jak z niej wyłania się znana nam materia. Według badaczy kwarki szczytowe mogą stać się dla naukowców „oknem w czasie”, pozwalającym śledzić ewolucję Wszechświata tuż po jego narodzinach. Kwarki szczytowe dostarczają nowych możliwości – można patrzeć w krótkie okienka czasowe i podglądać, co dzieje się w plazmie kwarkowo-gluonowej.
Odkrycie krakowskich naukowców to nie tylko sukces polskiej nauki, ale także ważny krok w globalnym rozwoju fizyki cząstek. Pokazuje, że badania prowadzone w Polsce mogą realnie przyczyniać się do lepszego zrozumienia procesów, które ukształtowały cały Wszechświat. Wyniki te mają również potencjał praktyczny, gdyż rozwijane metody detekcji i analizy danych znajdują zastosowanie w nowoczesnych technologiach, takich jak systemy obrazowania medycznego, diagnostyka materiałowa czy technologie kwantowe. W ten sposób fundamentalna nauka o cząstkach elementarnych przekłada się na rozwiązania, które służą człowiekowi tu i teraz, łącząc badania nad początkiem wszystkiego z przyszłością codziennego życia.
Źródło: Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Czytaj też: Piekarnik w kosmosie. Na stacji Tiangong podano skrzydełka
Grafika tytułowa: Brandon Style / Unsplash
