Tajanstvena čestica za koju se mislilo da je nakratko postojala neposredno nakon Velikog praska sada je prvi put otkrivena u 'praiskonskoj supi'. Tačnije, u mediju zvanom kvark-gluonska plazma, nastaloj u Velikom hadronskom sudaraču prilikom sudaranja jona olova. Tamo su, usred triliona čestica proizvedenih u tim sudarima, fizičari uspjeli izbaciti 100 egzotičnih čestica poznatih kao X čestice.
"Ovo je samo početak priče", kaže fizičar Yen-Jie Lee s MIT-a i član međunarodne CMS Collaboration sa sjedištem u CERN-u u Švicarskoj.
"Pokazali smo da možemo pronaći signal. U sljedećih nekoliko godina želimo upotrijebiti kvark-gluonsku plazmu za ispitivanje unutarnje strukture X čestice, što bi moglo promijeniti naš pogled na to kakav bi materijal svemir trebao proizvesti."
Samo nekoliko trenutaka nakon Velikog praska, vrlo rani Svemir nije bio napravljen od istih stvari koje danas vidimo kako lebde. Umjesto toga, na nekoliko milionitih dijelova sekunde, bio je ispunjen plazmom pregrijanom na trilione stepeni, koja se sastojala od elementarnih čestica zvanih kvarkovi i gluoni. To je kvark-gluonska plazma.
Za manje vremena nego što je potrebno za treptaj oka, plazma se ohladila i čestice su se spojile kako bi formirale protone i neutrone od kojih je danas izgrađena normalna tvar. Ali u tom vrlo kratkom trzaju vremena, čestice u kvark-gluonskoj plazmi su se sudarile, zalijepile i ponovno se raspale u različitim konfiguracijama.
Jedna od tih konfiguracija je čestica toliko tajanstvena da ne znamo ni kako je sastavljena. Ovo je čestica X, koja se vrlo rijetko i kratko viđala u sudaračima čestica – prekratko da bi se ispitala.
Teoretski, međutim, X čestice bi se mogle pojaviti u vrlo malim bljeskovima kvark-gluonske plazme koje fizičari stvaraju u akceleratorima čestica već nekoliko godina. A ovo bi moglo pružiti bolju priliku da ih razumijemo.
Tokom rada Velikog hadronskog sudarača 2018., pozitivno nabijeni atomi olova su se udarili velikim brzinama. Svaki od ovih otprilike 13 milijardi sudara proizveo je pljusak od nekoliko desetaka hiljada čestica. To je zastrašujuće kolosalna količina podataka za analiziranje.
"Teoretski gledano, u plazmi ima toliko kvarkova i gluona da bi trebalo pojačati proizvodnju X čestica", kaže Lee. "Ali ljudi su mislili da bi ih bilo preteško tražiti jer postoji toliko mnogo drugih čestica koje se proizvode u ovoj kvarkovnoj supi."
Iako su X čestice vrlo kratkog vijeka, kada se raspadnu, proizvode pljusak čestica manje mase. Kako bi pojednostavio proces analize podataka, tim je razvio algoritam za prepoznavanje uzoraka karakterističnih za raspad X čestica. Zatim su u svoj softver ubacili podatke LHC-a za 2018.
Algoritam je identificirao signal određene mase koji je ukazivao na prisutnost oko 100 X čestica u podacima. Ovo je izvrstan početak.
"Gotovo je nezamislivo da možemo izdvojiti ovih 100 čestica iz ovog ogromnog skupa podataka", rekao je Lee.
U ovom trenutku podaci su nedostatni da bismo saznali više o strukturi X-čestice, ali otkriće bi nas moglo približiti. Sada kada znamo kako pronaći potpis X-čestice, njeno pojavljivanje u budućim skupovima podataka trebalo bi biti puno lakše. Zauzvrat, što više podataka imamo na raspolaganju, lakše ćemo ih razumjeti.
Protoni i neutroni se sastoje od tri kvarka. Fizičari vjeruju da X čestice mogu biti sastavljene od četiri - ili od egzotične, čvrsto vezane čestice poznate kao tetrakvark, ili nove vrste labavo vezane čestice napravljene od dva mezona, od kojih svaki sadrži dva kvarka. Ako je u pitanju prva opcija, jer su čestice čvršće vezane, propadat će sporije od drugog slučaja.
"Trenutačno su naši podaci u skladu s obje opcije jer još nemamo dovoljno statističkih podataka. U sljedećih nekoliko godina ćemo uzeti mnogo više podataka kako bismo mogli razdvojiti ova dva scenarija", kaže Lee.
"To će proširiti naš pogled na vrste čestica koje su se obilno proizvodile u ranom svemiru."
Istraživanje je objavljeno u Physical Review Letters.
