Hledání zužuje záhadnou formu hmoty předpovězenou z Einsteinovy teorie speciální relativity. Po více než deseti letech pohledu vědci z největšího srážce částic na světě věří, že jsou na pokraji nalezení.
Vědci však nehledají explodované vnitřnosti částic rozbíjených dohromady téměř rychlostí světla.
Místo toho, fyzici u Large Hadron Collider (LHC), 17-mílový (27 km) kruh pohřbený pod zemí poblíž hranice mezi Francií a Švýcarskem, hledají chybějící hmotu, nazývanou kondenzát barevného skla, studováním toho, co se stane, když částice nekolidujte se, ale místo toho se přibližujte kolem sebe v těsné blízkosti.
Ve standardním modelu fyziky, teorii, která popisuje zoo subatomových částic, 98% viditelné hmoty ve vesmíru drží pohromadě základní částice zvané gluony. Tyto vhodně pojmenované částice jsou zodpovědné za sílu, která slepuje kvarky za vzniku protonů a neutronů. Když jsou protony zrychleny na rychlost blízkou rychlosti světla, objeví se podivný jev: Koncentrace gluonů uvnitř nich stoupá.
„V těchto případech se gluony rozštěpily na dvojice gluonů s nižší energií a tyto gluony se následně rozštěpily a tak dále,“ uvedl Daniel Tapia Takaki, docent fyziky a astronomie na University of Kansas. „V určitém okamžiku štěpení gluonů uvnitř protonu dosáhne limitu, ve kterém se množení gluonů přestává zvyšovat. Takový stav je znám jako kondenzát barevného skla, hypotetická fáze hmoty, o které se předpokládá, že existuje ve velmi vysoké míře. energetické protony a také v těžkých jádrech. “
Podle Brookhaven národní laboratoře, kondenzát mohl vysvětlit mnoho nevyřešených tajemství fyziky, takový jak jak částečky jsou tvořeny v high-energetické srážky nebo jak látka je distribuována uvnitř částeček. Potvrzení jeho existence však vědcům uniklo po celá desetiletí. Ale v roce 2000 objevili fyzici v Brookhavenově relativistickém těžkém iontovém kluzáku první známky toho, že by mohl existovat barevný skelný kondenzát.
Když laboratoř rozbila atomy zlata zbavené jejich elektronů, našli v částicích proudících z kolizí podivný signál, naznačující, že protony atomů byly zaseknuty gluony a začaly tvořit kondenzát barevného skla. Další experimenty s kolizí těžkých iontů na LHC měly podobné výsledky. Srážky protonů společně při relativistických rychlostech však mohou poskytnout prchavý pohled na vnitřky protonů dříve, než subatomické částice prudce explodují. Sondování vnitřků protonů vyžaduje jemnější přístup.
Když jsou nabité částice, jako jsou protony, urychleny na vysoké rychlosti, vytvářejí silná elektromagnetická pole a uvolňují energii ve formě fotonů nebo částic světla. (Díky dvojí povaze světla je to také vlna.) Tyto úniky energie byly kdysi vyloučeny jako nežádoucí vedlejší účinek urychlovačů částic, ale fyzikové se naučili nové způsoby, jak tyto vysokoenergetické fotony využít ve svůj prospěch.
Pokud se protony ocitnou v akcelerátoru kolem sebe navzájem, bouře fotonů, které uvolní, může způsobit srážky protonů na fotonech. Tyto takzvané ultraperiferní kolize jsou klíčem k pochopení vnitřního fungování vysokoenergetických protonů.
"Když vysokoenergetická světelná vlna zasáhne proton, vytvoří částice - všechny druhy částic - aniž by došlo k porušení protonu," uvedla ve svém prohlášení Tapia Takaki. "Tyto částice jsou zaznamenávány naším detektorem a umožňují nám rekonstruovat nebývale vysoce kvalitní obraz toho, co je uvnitř."
Tapia Takaki a mezinárodní spolupráce vědců nyní používají tuto metodu ke stopování nepolapitelného kondenzátu barevného skla. Vědci publikovali včasné výsledky své studie v srpnovém vydání Evropského fyzického věstníku C. Tým byl poprvé schopen nepřímo měřit hustotu gluonů na čtyřech různých úrovních energie. Na nejvyšší úrovni našli důkaz, že se kondenzát barevného skla právě začíná tvořit.
Experimentální výsledky „… jsou velmi vzrušující, dávají nové informace o dynamice gluonu v protonu, existuje mnoho teoretických otázek, které nebyly zodpovězeny,“ Victor Goncalves, profesor fyziky na Federální univerzitě v Pelotas v Brazílii a spoluautor studie, uvedl v prohlášení.
Pro tuto chvíli zůstává existence barevného kondenzátu skla nepolapitelným tajemstvím.
