Úžasné poznatky o původu hmoty v raném vesmíru

Vědci znovu vytvořili extrémní podmínky raného vesmíru v urychlovačích částic a odhalili překvapivé poznatky o formování hmoty.

Nové výpočty ukazují, že až 70 % některých částic může pocházet spíše z pozdějších reakcí než z počáteční kvark-gluonové polévky, která vznikla bezprostředně po reakci. Velký třeskTento objev zpochybňuje předchozí předpoklady o časové ose vzniku hmoty a naznačuje, že velká část hmoty kolem nás vznikla později, než se očekávalo. Díky pochopení těchto procesů mohou vědci lépe interpretovat výsledky srážkových experimentů a zlepšit své znalosti o původu vesmíru.

Obnovení drsných podmínek, které panovaly v raném vesmíru

Teplota raného vesmíru byla 250 000krát vyšší než teplota slunečního jádra. To je mnohem vyšší než protony a neutrony, které tvoří hmotu, kterou vidíme v našem každodenním životě. Vědci se snaží obnovit podmínky, které panovaly v raném vesmíru v urychlovačích částic rozbíjením atomů rychlostí blížící se rychlosti světla. Měření množství částic pršících na vesmír umožňuje vědcům pochopit, jak vzniká hmota.

Částice, které vědci měří, se mohou tvořit různými způsoby: z původní polévky kvarků a gluonů nebo z pozdějších interakcí. Tyto následné interakce začaly 0,000001 sekundy po Velkém třesku, kdy složené částice složené z kvarků začaly vzájemně interagovat. Nový výpočet zjistil, že až 70 % některých naměřených částic pochází z těchto pozdějších interakcí, spíše než z interakcí podobných těm, ke kterým došlo v raném vesmíru.

Pochopení původu hmoty

Tento objev zlepšuje vědecké chápání původu hmoty. Pomáhá určit, kolik hmoty, která nás obklopuje, vzniklo v prvních zlomcích sekundy po Velkém třesku, ve srovnání s množstvím hmoty, která vznikla z pozdějších interakcí, když se vesmír rozpínal. Tento výsledek ukazuje, že velké množství hmoty kolem nás vzniklo později, než se očekávalo.

Aby vědci porozuměli výsledkům srážkových experimentů, musí vyloučit částice vzniklé při následných interakcích. Pouze ty, které vznikly v subatomární polévce, odhalují rané podmínky vesmíru. Tento nový výpočet ukazuje, že naměřený počet částic vzniklých při reakcích je mnohem vyšší, než se očekávalo.

Význam následných reakcí při tvorbě částic

V 90. letech si fyzici uvědomili, že některé částice vznikají ve velkém množství z následných interakcí po počátečním vzniku vesmíru. Částice zvané mezony D mohou interagovat za vzniku vzácné částice, karmonia. Vědci se neshodnou na tom, jak důležitý je tento efekt. Protože je karmonium vzácné, je obtížné jej měřit.

Nedávné experimenty však poskytují údaje o počtu srážek způsobených karmoniem a mezony D. Yale University Duke University použila nová data k výpočtu síly tohoto efektu. Jeho význam se ukázal být mnohem větší, než se očekávalo. V reakcích může vzniknout více než 70 % měřeného karmonia.

Důsledky pro pochopení původu hmoty

Jak horká polévka subatomárních částic chladne, expanduje do ohnivé koule. To vše se děje za méně než setinu času, který světlo potřebuje k průchodu kukuřiceProtože je to tak rychlé, vědci si nejsou úplně jisti, jak se ohnivá koule rozšířila.

Nové výpočty ukazují, že vědci nutně nepotřebují znát detaily této expanze. Srážky však produkují velké množství karmonia. Nový výsledek přivádí vědce o krok blíže k pochopení původu hmoty.

Reference: “J/ψ Hadron Regeneration in Pb+Pb Collisions” od Josefa Dominicuse Lappa a Bernta Müllera, 11. října 2023, Fyzika písmen b.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138246

Tato práce byla podpořena Úřadem vědy Ministerstva energetiky, Program jaderné fyziky. Jeden z výzkumníků také vyjadřuje své poděkování za pohostinnost a finanční podporu poskytnutou během jeho pobytu na Yale University.