O.S.E.L. - Odhalí půvabné kvarky záhady Velkého třesku?
 Odhalí půvabné kvarky záhady Velkého třesku?
Půvabné kvarky ze srážek atomů zlata na urychlovači RHIC překvapily neobvyklým chováním. Ohlašují příchod nové fyziky?

Vnitřnosti zařízení Heavy Flavor Tracker. Kredit: BNL.
Vnitřnosti zařízení Heavy Flavor Tracker. Kredit: BNL.

Kvarky, tedy elementární částice, které tvoří například protony nebo neutrony, mají šest „vůní“. Podle nich se kvarky dělí na up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom či beauty (b) a top či truth (t). Kvarku „charm“ z druhé generace kvarků se česky říká půvabný. Stejně tak jsou půvabné i částice, které tento kvark obsahují. Tento kvark ale není běžnou součástí hmoty.

 

Flemming Videbaek při instalaci zařízení HFT na urychlovači RHIC. Kredit: BNL.
Flemming Videbaek při instalaci zařízení HFT na urychlovači RHIC. Kredit: BNL.

Právě půvabné kvarky nedávno překvapily fyziky neobvyklým chováním. Tato pozorování by nás mohla přivést k hlubšímu pochopení vesmíru bezprostředně po Velkém třesku, a také vědce konečně nasměrovat k nové fyzice, pokud nějaká taková existuje.


Překvapující chování půvabných kvarků poprvé pozorovali na urychlovači těžkých iontů RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v newyorské Brookhavenské národní laboratoři. Vytvořili tam podmínky, které odpovídají biliontinám sekundy po Velkém třesku. Klíčem k tomuto pozorování bylo nedávno instalované zařízení Heavy Flavor Tracker (HFT), což je soubor ultracitlivých fotodetektorů. S tímto zařízením fyzici analyzovali chování půvabných kvarků, které se vynořily v urychlovači z extrémní srážky o teplotě bilionu stupňů. V experimentech ověřují modely vycházející z kvantové chromodynamiky.

 

Standardní model. Kvarky fialově. Kredit: MissMJ / Wikimedia Commons.
Standardní model. Kvarky fialově. Kredit: MissMJ / Wikimedia Commons.

Aby na urychlovači RHIC vytvořili takové pekelné podmínky, tak proti sobě vypálili jádra atomů zlata téměř rychlostí světla. Když se srazily, tak to byla jízda. Vzniklo kvark-gluonové plazma, polévka hemžících se částic. Ve srážkách RHIC je tolik energie, že se tam objevují i exotičtější věci, jako právě půvabné kvarky. Mezi částicemi vzniklými ve srážce atomů zlata byly i těžké částice mezony D0, které se skládají z půvabného kvarku a anti horního kvarku. Mezony D0 existují jenom okamžik a pak se rozpadají na další částice – kaony a piony. Právě kaony a piony jsou tím, co ve skutečnosti „vidí“ experimentátoři se zařízením HFT.

 

Relativistic Heavy Ion Collider. Kredit: BNL.
Relativistic Heavy Ion Collider. Kredit: BNL.

Dosavadní modely předpokládaly, že mezony D0 jsou kvůli půvabným kvarkům příliš těžké na to, aby interagovaly s kvarky a gluony ve kvark-gluonovém plazmatu. Z experimentů na RHIC a povahy vytvořeného kvark-gluonového plazmatu ale vychází najevo, že tam nějaké interakce jsou. Fyzici teď budou muset na svých modelech zapracovat. Půvabné kvarky prozrazují nové informace o chování kvark-gluonového plazmatu a možná se časem vynoří i nějaká nová fyzika.


Flemming Videbaek z výzkumného týmu Brookhavenské národní laboratoře a jeho kolegové plánují na urychlovači zkoumat chování dalších těžkých a vzácných částic, jako například mezonů B, které tvoří spodní kvark s jedním z lehčích příbuzných. Uvidíme, co najdou zajímavého.

Video:  Splitting Atoms on Long Island


Literatura
Live Science 6. 6. 2017, Physical Review Letters 118: 212301.


Autor: Stanislav Mihulka
Datum:07.06.2017