Οι φυσικοί προσδιόρισαν έμμεσα την θερμοκρασία που είχε το Σύμπαν στα πρώτα μικροδευτερόλεπτα μετά την Μεγάλη Έκρηξη, όταν το μόνο που υπήρχε ήταν μια καυτή σούπα από πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων, φωτονίων και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων.
Τα τελευταία είκοσι πέντε χρόνια οι φυσικοί, χρησιμοποιώντας έναν επιταχυντή σωματιδίων στο Λονγκ Άιλαντ, συγκρούουν πυρήνες των ατόμων χρυσού μεταξύ τους, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, για να σχηματίσουν μια από τις πιο καυτές καταστάσεις της ύλης που δημιουργήθηκε ποτέ στη Γη. Η σούπα των σωματιδίων που γεννιούνται από την σύγκρουση μοιάζει πολύ με την κατάσταση του Σύμπαντος όπως ήταν στα πρώτα μικροδευτερόλεπτα αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Τώρα, οι φυσικοί κατάφεραν επιτέλους να μετρήσουν με ακρίβεια την θερμοκρασία αυτής της ύλης για πρώτη φορά.
Μετά την σύγκρουση με σχετικιστικές ταχύτητες των πυρήνων χρυσού, τα πρωτόνια και τα νετρόνια των πυρήνων μεταπίπτουν σε ένα κοχλάζον νέφος πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων. Αυτή η κόλαση αναδημιουργεί τις συνθήκες που επικρατούσαν στο Σύμπαν όταν αυτό ήταν πολύ θερμό και πυκνό για να σχηματίσει τους πυρήνες των ατόμων – ή ακόμα και τα συστατικά τους, τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αντ’ αυτού, η αρχέγονη κοσμική σούπα ήταν ένα φλεγόμενο χάος από τα στοχειώδη σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ, καθώς και από γλοιόνια, οι φορείς της ισχυρής δύναμης που κρατάει σταθερούς τους ατομικούς πυρήνες. Σύμφωνα με τον φυσικό Zhangbu Xu: «Αυτά είναι τα δομικά στοιχεία των σωματιδίων που αποτελούν τον ορατό κόσμο και προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς λειτουργούν».
Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC) του Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven, εντός του ανιχνευτού STAR (Solenoidal Tracker at RHIC). Εκεί, οι πυρήνες χρυσού που διατρέχουν κατά μήκος ενός βρόχου 2,4 μιλίων φτάνουν σε απίστευτες ταχύτητες πριν συγκρουστούν και μετατραπούν σε πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων, το οποίο διαρκεί μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Στη συνέχεια, καθώς το εν λόγω πλάσμα ψύχεται, εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ένα μέρος αυτής εμφανίζεται με τη μορφή ζευγών ηλεκτρονίου–ποζιτρονίου. Μετρώντας τις μάζες (ή τις ενέργειες) αυτών των ζευγών, οι φυσικοί μπορούν να συμπεράνουν τη θερμοκρασία της καυτής σούπας από την οποία προήλθαν.
Οι φυσικοί μέτρησαν τα εύρη μάζας τέτοιων ζευγών σωματιδίων για να προσδιορίσουν την ενέργεια των φωτονίων που τα γέννησαν, που με την σειρά της, έδειξε την θερμοκρασία στην οποία δημιουργήθηκαν τα φωτόνια. Κι αυτό αποκάλυψε πως αυτή η θερμοκρασία ήταν 3,3 τρισεκατομμύρια βαθμοί Κέλβιν – περίπου 220.000 φορές μεγαλύτερη από την θερμοκρασία που επικρατεί στον πυρήνα του ήλιου. Οι υπολογισμοί και τα συμπεράσματα της ανακάλυψης δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Communications.
Ο προσδιορισμός αυτής της θερμοκρασίας θα βοηθήσει τους φυσικούς να καταλάβουν πότε και πώς έγινε η μετάβαση από το πύρινο αρχέγονο Σύμπαν του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων στα δομικά στοιχεία των ατόμων. Αυτές οι δύο καταστάσεις είναι διαφορετικές φάσεις της ύλης, παρόμοιες με τις πιο οικείες την στερεή, την υγρή και την αέρια φάση της καθημερινής ζωής. «Θέλουμε να χαρτογραφήσουμε αυτό που θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε ως το πιο θεμελιώδες «διάγραμμα φάσεων», λέει ο Frank Geurts, φυσικός της ομάδας του ανιχνευτή STAR. «Τι θα μπορούσε να είναι πιο ενδιαφέρον από το διάγραμμα φάσεων των θεμελιωδών δομικών στοιχείων του Σύμπαντος;»
Ο επιταχυντής RHIC και το πείραμα STAR βρίσκονται στα τελικά στάδια της λειτουργίας τους μετά την έναρξή τους, πριν από 25 χρόνια. Επιταχυντής και ανιχνευτές θα κλείσουν τους επόμενους μήνες για να παραχωρήσουν την θέση τους σε μια μεγαλύτερη εγκατάσταση που ονομάζεται Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ιόντων, ο οποίος αναμένεται να λειτουργήσει στις αρχές της δεκαετίας του 2030. Ωστόσο, ακόμα και μετά το κλείσιμο του STAR, τα επόμενα χρόνια οι φυσικοί θα αναλύσουν την τελευταία συλλογή δεδομένων του για να βελτιώσουν περαιτέρω την στατιστική των μετρήσεών τους για το πιο θερμό είδος ύλης που έχουμε δημιουργήσει ποτέ στη Γη – το πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων, την παράξενη κατάσταση ύλης που μιμείται το αρχέγονο Σύμπαν.
πηγή: Scientists Measure the Temperature of the Universe Just after the Big Bang – https://www.scientificamerican.com
Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ
physicsgg 
Σχολιάστε