Nowy rodzaj materii w Wielkim Zderzaczu Hadronów?

Najnowsze dane z Wielkiego Zderzacza Hadronów sugerują, że w akceleratorze może powstawać nowy typ materii. Kondensat kolorowego szkła to postulowana przez teoretyków materia, która może istnieć w jądrach atomów poruszających się niemal z prędkością światła. Jądro tak szybko poruszającego się atomu wydaje się ściśnięte z punktu widzenia obserwatora. W efekcie gluony w jego wnętrzu tworzą "gluonową ścianę" przemieszczającą się z prędkością bliską prędkości światła.

Sama nazwa tej materii może być nieco myląca. "Kolor" odnosi się bowiem do typu ładunku niesionego przez kwarki i gluony, a "szkło" do faktu, że podobnie jak krzemionka i tego typu materiały wspomniana "ściana" jest nieuporządkowana i zachowuje się w krótkim przedziale czasu jak ciało stale, a w długim - jak ciecz.

Teoretycy przewidują, że kondensat kolorowego szkła jest uniwersalną formą materii, dzięki której można opisać wszystkie wysokoenergetyczne cząstki wchodzące w silne interakcje. Udowodnienie istnienia kondensatu i zbadanie jego właściwości może rozwiązać wiele problemów dotyczących np. powstawania cząstek podczas wysokoenergetycznych zderzeń i rozkładu materii w tych cząstkach.

W czasie zderzeń w akceleratorze powstają setki nowych cząstek, które uciekają od punktu zderzenia z prędkością bliską prędkości światła. Urządzenie Compact Muon Solenoid odkryło w próbce 2 milionów zderzeń, że niektóre pary cząstek oddalają się od siebie w skorelowanych kierunkach.
W jakiś sposób odlatują w tym samym kierunku, chociaż nie jest jasne, jak mogą 'porozumieć' się do kierunku. To nas zaskoczyło - mówi profesor fizyki Gunther Roland z MIT-u.

Zajmująca się badaniem ciężkich jonów grupa z MIT-u, w skład której wchodzą też profesorowie Bolek Wyslouch i Wit Busza, zaobserwowała taki zdumiewający wzorzec ucieczki już przed dwoma laty podczas zderzania protonów. Teraz znaleziono go w czasie zderzeń jonów z protonami oraz jonów różnych metali (m.in. ołowiu, złota i miedzi) z identycznymi jonami.

Raju Vengopalan z Brookhaven National Laboratory przypomina, że podczas zderzeń protonów pojawia się plazma kwarkowo-gluonowa, a teoretycy przewidywali, iż może powstawać też podobna do fali struktura gluonów nazwana kondensatem kolorowego szkła. Vengopalan i jego były student Kevin Dusling zajmują się teorią tego kondensatu. Z ich rozważań wynika, że zwykle protony składają się z trzech kwarków, jednak na wyższym poziomie energetycznym mogą zyskiwać dodatkowe gluony. Te z kolei istnieją zarówno w formie cząsteczek i jak i fali, a ich funkcja falowa może być skorelowana. To właśnie kwantowe splątanie tych cząstek może wyjaśniać wymianę informacji dotyczącej kierunku poruszania się.

Naukowcy pracujący przy CMS-ie chcą rozpocząć w styczniu eksperymenty, podczas których sprawdzą, czy zjawiska obserwowane podczas zderzeń proton-proton, ołów-proton i ołów-ołów mają ze sobą jakiś związek.

LHC Wielki Zderzacz Hadronów materia kondensat kolorowego szkła kwark gluon proton jon