Στα υπόγεια του Brookhaven National Laboratory στη Νέα Υόρκη, ένα γιγάντιο μηχάνημα βάρους χιλίων τόνων έχει αναλάβει μια αποστολή που μοιάζει βγαλμένη από επιστημονική φαντασία: να αναδημιουργήσει τις συνθήκες που επικρατούσαν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, αμέσως μετά το Big Bang. Το όνομά του είναι sPHENIX και αποτελεί τον νέο ανιχνευτή σωματιδίων του εργαστηρίου. Στόχος του, η αναζήτηση του πλάσματος κουάρκ και γλουονίων, της αρχέγονης «σούπας» που γέννησε την ύλη όπως τη γνωρίζουμε.
Σήμερα, τα πάντα γύρω μας – αστέρια, πλανήτες, ζωντανοί οργανισμοί – αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Όμως αμέσως μετά το Big Bang, η ύλη δεν είχε ακόμη οργανωθεί σε αυτά τα σωματίδια. Υπήρχε μόνο το καυτό πλάσμα κουάρκ και γλουονίων, που μέσα σε κλάσματα δευτερολέπτου ψύχθηκε και μετασχηματίστηκε στη γνωστή ύλη. Το πρόβλημα για τους επιστήμονες είναι ότι αυτό το πλάσμα διαρκεί ελάχιστα – μόλις το ένα έκτο του δευτερολέπτου – και φτάνει θερμοκρασίες τρισεκατομμυρίων βαθμών. Δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα, αλλά μόνο τα ίχνη που αφήνει πίσω του μπορούν να μας πουν την ιστορία του.
Η δύναμη του sPHENIX
Εδώ έρχεται το sPHENIX. Ο ανιχνευτής λειτουργεί σαν μια τρισδιάστατη κάμερα ικανή να καταγράφει έως και 15.000 συγκρούσεις το δευτερόλεπτο. Οι δοκιμές έδειξαν ότι μπορεί να μετρά με ακρίβεια τον αριθμό και την ενέργεια των σωματιδίων που παράγονται όταν δέσμες ιόντων χρυσού συγκρούονται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Όταν οι συγκρούσεις είναι μετωπικές, δημιουργούνται δεκαπλάσια θραύσματα, πιο ενεργητικά, ακριβώς όπως προβλέπει η θεωρητική φυσική.
«Είναι σαν να εκτοξεύεις ένα νέο τηλεσκόπιο στο Διάστημα και να λαμβάνεις την πρώτη καθαρή φωτογραφία», δήλωσε ο Gunther Roland, φυσικός του MIT. Ο ενθουσιασμός στην επιστημονική κοινότητα είναι έντονος, γιατί πλέον ξεκινά η πραγματική αναζήτηση απαντήσεων: πόσο «παχύ» ήταν το αρχέγονο πλάσμα; Πώς κινούνταν τα σωματίδια μέσα του; Και ποια ενέργεια χρειαζόταν για να διατηρηθούν ενωμένα;
Το sPHENIX δεν είναι μόνο τεράστιο και γρήγορο. Στο εσωτερικό του διαθέτει ένα «μικρο-μάτι» που σχεδιάστηκε στο MIT, ικανό να παρακολουθεί με εξαιρετική ακρίβεια την τροχιά ακόμη και των πιο φευγαλέων σωματιδίων. Αυτό το χαρακτηριστικό του δίνει τη δυνατότητα να ξεχωρίζει σπάνιες διεργασίες – ίσως μία στις δισεκατομμύριο – που μπορούν να αποκαλύψουν κρυμμένες πτυχές της συμπεριφοράς του πλάσματος.
Πίσω από την επιτυχία του sPHENIX βρίσκονται χρόνια επίμονης δουλειάς και η υποστήριξη του U.S. Department of Energy και του National Science Foundation. Τα πρώτα δεδομένα, που συλλέχθηκαν στα τέλη του 2024 και δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Journal of High Energy Physics, επιβεβαίωσαν ότι ο ανιχνευτής λειτουργεί άψογα. Για τους επιστήμονες αυτό σημαίνει πως η «ταξιδιωτική μηχανή» για το παρελθόν του Σύμπαντος είναι έτοιμη να απογειωθεί.
«Η διασκέδαση αρχίζει τώρα. Είναι σαν να έχεις μια χρονομηχανή στα χέρια σου που μπορεί να μας δείξει πώς ήταν το νεογέννητο Σύμπαν», δήλωσε ο Φυσικός Cameron Dean, μέλος της ομάδας του πειράματος. Η παρομοίωση αυτή δεν είναι υπερβολική: μέσα από τις συγκρούσεις στο εργαστήριο, οι ερευνητές φιλοδοξούν να ανασυνθέσουν τις συνθήκες των πρώτων στιγμών της κοσμικής ιστορίας.
Το sPHENIX ανοίγει ένα νέο παράθυρο στη μελέτη της δημιουργίας της ύλης. Μέσα από τις εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις του, μπορεί να δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα που μέχρι σήμερα έμοιαζαν άπιαστα: πώς οργανώθηκε η ύλη από το αρχικό χάος; Ποιες φυσικές δυνάμεις διαμόρφωσαν τη σταθερότητα των σωματιδίων; Και σε ποιο σημείο τέθηκε το θεμέλιο για την ύπαρξη αστέρων, πλανητών και τελικά ζωής;
[via]
